Пространственные конструкции для проектирования ферм из стальных труб

 

Проектирование пространственных конструкций для ферм из стальных труб

В последние годы, с постоянным ростом производства стали в Китае, Стальные конструкции все чаще используются в зданиях благодаря своим уникальным преимуществам. Стальные трубные конструкции также достигли значительных прорывов. Самым большим преимуществом стальных трубных конструкций является их способность соответствовать функциональным, эстетический, и экономических требований к зданиям. Стропильные конструкции из стальных труб особенно популярны благодаря своим уникальным преимуществам.

Проектирование ферм из стальных труб

1. Механические характеристики трубных ферменных конструкций

Стропильные конструкции из труб развились из сетчатых конструкций. По сравнению с пространственными ферменными конструкциями, Трубные ферменные конструкции обладают уникальными преимуществами и практичностью, с относительно экономичным использованием стали. Они устраняют необходимость в нижних хордовых стержнях и шаровых шарнирах, характерных для пространственных ферменных конструкций, что делает их пригодными для различных архитектурных форм, Особенно круглые арки и произвольные изогнутые формы, которые более выгодны, чем пространственные ферменные конструкции. Они устойчивы со всех сторон и экономят расход материала.

По сравнению с традиционными открытыми секциями Стальные фермы (Н-образная и I-образная сталь), Материал поперечного сечения трубных ферм равномерно распределен вокруг нейтральной оси, обеспечивает превосходную способность к сжатию и скручиванию, а также большую жесткость, без необходимости использования узловых пластин, Упрощение структуры.

Важно, Стропильные конструкции из труб эстетичны, Легко поддается формовке, и обладают декоративным эффектом. У них хорошая общая производительность, высокая жесткость на кручение, и относительно просты в изготовлении, установить, вращать, и подъемник. Холодногнутые тонкостенные стальные фермы крыши имеют небольшой вес, жёсткий, Экономьте сталь, и в полной мере использовать прочность материала. Они особенно экономичны в длинных компрессионных элементах с регулируемым коэффициентом гибкости и опорных системах. Настоящее время, Здания, использующие эту структуру, в первую очередь являются общественными зданиями. Такое сооружение эстетично (можно сделать плоским, арочный, или в любую изогнутую форму), Простота изготовления и монтажа, Структурно-устойчивый, имеет большую жесткость крыши, и хорошая экономическая выгода.

2. Расчет конструкций трубных ферм

2.1 Основные правила проектирования

Высота трехмерной фермы может быть 1/12 к 1/16 пролета. Толщина арки трехмерной арки может составлять 1/20 к 1/30 пролета, а высота арки может быть 1/3 к 1/6 пролета. Угол между хордой (магистральный трубопровод) и Интернет (Опорная труба), и между двумя паутинами (Опорные трубы), должно быть не менее 30 степени. Для большепролетных трехмерных ферм (как правило, не менее 30 м в стальных конструкциях), Развал можно считать, со значением развала, не превышающим 1/300 ферменного пролета (вообще 1/500). В это время, Внутренняя сила членов мало изменяется, и конструкцию нельзя рассчитать с помощью арки. При стандартных собственных и динамических нагрузках, Максимальный прогиб трубных ферменных конструкций не должен превышать 1/250 короткого пролета, а консоли не должны превышать 1/125 пролета. Максимальный прогиб кровельных конструкций с подвесным грузоподъемным оборудованием не должен превышать 1/400 конструктивного пролета. Когда только улучшение внешности, Максимальный прогиб при стандартных собственных нагрузках и динамических нагрузках может быть принят как прогиб за вычетом величины выпуклости.

2.2 Общие принципы расчета

Расчет внутренних сил и перемещений трубных ферменных конструкций при самотечных и ветровых нагрузках, и рассчитать перемещения и внутренние усилия при сейсморазведке, перепады температуры,, Поддержка урегулирования, и строительно-монтажные нагрузки в соответствии с конкретными условиями. Использование теории упругости пространственных стержневых систем и метода конечных элементов, Внутренние усилия и перемещения пространственных стержневых систем могут быть рассчитаны. При несейсмическом проектировании должны быть рассчитаны эффекты воздействия и комбинации воздействий в соответствии с действующим национальным стандартом “Нормы нагрузки на строительную конструкцию” и определить расчетные значения внутреннего усилия в соответствии с основными комбинированными эффектами сечений стержней и конструкций узлов. Для сейсмического проектирования, Сейсмические комбинированные эффекты должны быть рассчитаны в соответствии с действующим национальным стандартом “Нормы по сейсмическому проектированию зданий и сооружений”. При расчете перемещений, Прогиб должен определяться на основе комбинированной функции стандартного воздействия (без умножения частичного коэффициента нагрузки). При расчете трубных ферм, Если отношение длины сегмента стержня к высоте сечения (или диаметр) меньше 12 (магистральный трубопровод) и 24 (Опорная труба), Узлы можно считать шарнирными. По принципу статической эквивалентности, Внешние нагрузки могут быть сосредоточены на узлах, находящихся в зоне управления узлом. Когда элемент несет локальные нагрузки, Отдельно следует рассматривать локальное напряжение изгиба. В расчете конструкций, Следует учитывать взаимодействие между верхней структурой пространственной решетки и нижней опорной конструкцией.

2.3 Статический расчет

Трубные фермы должны быть спроектированы с элементами сечения путем расчета перемещений и внутренних сил. Если сечения стержня нуждаются в корректировке, Они должны быть перепроектированы в соответствии с требованиями дизайна. После завершения проектирования, Арматура не подлежит замене. Если замена необходима из-за материальных трудностей, Он должен быть пересчитан и соответствовать проектным требованиям. Следует избегать внесения изменений в сечения стержней после завершения проектирования, за исключением случаев, когда это абсолютно необходимо из-за проблем с доступностью материалов. Если произойдут изменения, Конструкция должна быть пересчитана, чтобы обеспечить соответствие проектным требованиям.

3. Рекомендации по проектированию трубных ферменных конструкций

3.1 Выбор материала и сечений

  • Выбор материала: Сталь, используемая в трубных ферменных конструкциях, должна соответствовать требованиям соответствующих стандартов. Обычно, углеродистая сталь, Низколегированная сталь, и используется высокопрочная сталь. При выборе следует учитывать такие факторы, как структурные требования, Условия окружающей среды, и экономической целесообразности.
  • Выбор поперечного сечения: Круглые и прямоугольные полые профили обычно используются для трубных ферм из-за их эффективной несущей способности и эстетической привлекательности. Выбор между круглыми и прямоугольными профилями зависит от конкретных требований проекта, включая условия нагрузки и архитектурные соображения.

3.2 Соединения и соединения

  • Сварка: Сварка является наиболее распространенным методом соединения элементов в трубных ферменных конструкциях. Процесс сварки должен обеспечивать высокое качество соединений, чтобы избежать потенциальных слабых мест.
  • Болтовые соединения: В то время как реже встречается в трубных фермах, Болтовые соединения могут использоваться при определенных обстоятельствах, особенно для простоты сборки и обслуживания.
  • Проектирование узлов: Проектирование узлов (соединения, в которых члены пересекаются) имеет решающее значение в трубчатых ферменных конструкциях. Узлы должны быть спроектированы так, чтобы эффективно передавать силы, не вызывая чрезмерной концентрации напряжений..

3.3 Учет динамических нагрузок

  • Ветровые нагрузки: Ветровые нагрузки следует учитывать при проектировании трубчатых ферменных конструкций., особенно для большепролетных сооружений и сооружений, подвергающихся воздействию высоких скоростей ветра.
  • Сейсмические нагрузки: В сейсмически активных регионах, проект должен учитывать сейсмические нагрузки, обеспечение того, чтобы конструкция могла противостоять силам, вызванным землетрясением.
  • Вибрация: Для конструкций, подвергающихся динамическим нагрузкам, например, от машин или деятельности человека., анализ вибрации может потребоваться для обеспечения комфорта и структурной целостности.

4. Строительство и монтаж

4.1 Изготовление

  • Точное производство: Изготовление компонентов трубчатой ​​фермы требует высокой точности, чтобы обеспечить правильное прилегание всех элементов во время сборки..
  • Контроль качества: Во время производства должны быть приняты строгие меры контроля качества, чтобы гарантировать, что все компоненты соответствуют проектным спецификациям и стандартам..

4.2 Транспортировка и обработка

  • Транспорт: Транспортировку крупных компонентов трубчатой ​​фермы необходимо тщательно планировать, чтобы избежать повреждений и обеспечить безопасную доставку на строительную площадку..
  • Умение обращаться: Во время разгрузки и позиционирования необходимо соблюдать надлежащие процедуры обращения, чтобы предотвратить повреждение конструкции и обеспечить безопасность работников..

4.3 Сборка и монтаж

  • План монтажа: Должен быть разработан подробный план монтажа., описание последовательности сборки и методов подъема и позиционирования компонентов..
  • Меры предосторожности: Необходимо принять меры безопасности для защиты рабочих во время процесса монтажа., включая использование строительных лесов, ремни безопасности, и другое защитное оборудование.
  • Выравнивание и выравнивание: Обеспечение правильного выравнивания и выравнивания всех компонентов во время сборки имеет решающее значение для структурной целостности фермы..

5. Техническое обслуживание и осмотр

5.1 Регулярные проверки

  • Визуальные проверки: Необходимо проводить регулярные визуальные проверки на наличие признаков износа., коррозия, или повреждение.
  • Неразрушающий контроль: Для обнаружения внутренних дефектов в элементах или соединениях могут использоваться такие методы, как ультразвуковой контроль или рентгенография..

5.2 Обслуживание

  • Защита от коррозии: Важно регулярное обслуживание защитных покрытий и другие меры по предотвращению коррозии., особенно для конструкций, подвергающихся суровым условиям окружающей среды.
  • Ремонт и усиление: Любое обнаруженное повреждение должно быть незамедлительно устранено., и усиление должно быть добавлено при необходимости для сохранения структурной целостности..

Заключение

Ферменные конструкции из стальных труб имеют значительные преимущества с точки зрения эстетики., структурные характеристики, и материальная эффективность. Правильный дизайн, изготовление, эрекция, и техническое обслуживание необходимы для полной реализации этих преимуществ. Придерживаясь устоявшихся принципов проектирования и лучших практик, инженеры могут создавать долговечные, экономичный, и визуально привлекательные трубчатые ферменные конструкции, отвечающие требованиям современной архитектуры и строительства..