Конструкции из гнутых профилей

Благодаря работам ЦНИИСК, Укрпроектстальконструкции и Института электросварки им. Е. О. Патона конструкции с применением гнутых профилей в последнее время начинают довольно широко использоваться в промышленных зданиях и сооружениях, а также в зданиях общественного и специального назначения.

Наиболее перспективным представляется применение гнутых профилей в фермах. Имеется ряд эксплуатируемых промышленных зданий, где по проекту Укрпроект-стальконструкции применены фермы из гнутых профилей. Фермы из гнутых профилей малых пролетов 12—18 м могут найти применение в покрытиях сельскохозяйственных зданий, а также в покрытиях общественных зданий со значительно большими пролетами. Кроме ферм гнутые профили целесообразно использовать в прогонах при пролетах 6—12 м, в связях, фахверках, прогонах и импостах остекления и других конструктивных элементах зданий.
Перспективно применение гнутых профилей также в конструкциях башенного и мачтового типа, в краностроении, кровлях резервуаров, гидротехнических сооружениях и т. д.
Однако главная область применения гнутых профилей— фермы, поэтому ниже они рассмотрены более подробно.

Для ферм используются профили как открытого (рис. VII.1), так и замкнутого типов (рис. VII.2). При невозможности образования узких и глубоких профилей открытого типа из одной заготовки (при b/h>0,6) они могут быть получены из двух Z- или С-образных профилей и соединены планками или соединительным швом (рис. VII.3). Профили замкнутого типа образуются из двух профилей открытого типа или одной полузамкнутой оболочки с последующей сваркой замыкающего шва.

При необходимости получения профилей большого сечения тонкие стенки целесообразно гофрировать.
Схемы ферм, проектируемых из гнутых профилей, показаны на рис. VII.4. Возможность конструирования из гнутых профилей жесткого верхнего пояса, хорошо работающего на местный изгиб, определяет возможность помалоэлементную ферму с редкой решеткой (типы II, V).


Конструкции узлов ферм зависят от типа сечения элементов. В фермах из профилей открытого типа узлы верхнего пояса решаются путем введения элементов решетки внутрь пояса, узлы нижнего пояса могут быть решены при помощи фасонок или непосредственным примыканием элементов решетки к поясу (рис. VII.5), В фермах из замкнутых профилей узлы решаются непосредственным или через прокладку примыканием элементов решетки к поясам (рис, VII.6). Непосредственное примыкание элементов требует весьма точной обработки кондов профилей, на что требуется обращать внимание при изготовлении конструкций.

В 1964—1965 гг. для машиностроительного завода в Донбассе были запроектированы, изготовлены и смонтированы фермы из гнутых профилей трех типов — пролетом 30 м и шагом 12 м. Фермы рассчитывались под нагрузку от теплой кровли с железобетонными панелями 1,5x12 м и под нагрузку от монорельсов. Для первого пролета были применены фермы с типовой геометрической схемой (типа I по рис. VII.4) из гнутых открытых профилей, изготовляемых на заводе металлоконструкций, для второго пролета — малоэлементные фермы с жестким верхним поясом (тип II по рис. VII.4), для третьего — фермы с типовой геометрической схемой, но из замкнутых профилей. В качестве эталона для сравнительного анализа была принята типовая ферма из уголков, рассчитанная под ту же нагрузку, что и фермы из гнутых профилей. Пояса всех ферм были запроектированы из низколегированной стали (марок 14Г2 и 09Г2), решетка из стали марки Ст.3.

Проектные показатели сравниваемых ферм приведены в табл. VII.1, из которой видно, что наибольшая экономия по весу (16%) достигнута в малоэлементных фермах типа II с жестким верхним поясом. В фермах, запроектированных по типовой геометрической схеме, экономия составляет 13—14%.
Фермы из гнутых профилей имеют низкие строительные коэффициенты веса (1,1—1,12). У ферм типа II наименьшее количество деталей, в том числе и основных. Недостатком ферм из гнутых замкнутых профилей является большое количество сварных соединительных швов, особенно для ферм, запроектированных по обычной геометрической схеме.
При изготовлении ферм была определена фактическая трудоемкость (табл. VII.2), показавшая, что малоэлементная ферма типа II на 10%, а других типов на 18—23% выше трудоемкости типовой фермы. Стоимость ферм оказалась на 6—9% выше стоимости эталона. Это объясняется большим количеством соединительных сварных швов и некоторой сложностью конструкции узлов. Сборка ферм из гнутых профилей производится поэлементно, что повышает затраты труда по сравнению со сборкой по копиру. Необходимо также иметь в виду, что к моменту изготовления опытных ферм технология их изготовления была недостаточно отработана.

В дальнейшем при серийном производстве ферм типа II их трудоемкость снизилась на 30%, что сделало их рентабельными даже при условии изготовления замкнутых профилей при существующей технологии на заводе металлоконструкций. Если же получать профили готовыми (со сварными швами) с металлургических предприятий, то, несмотря на некоторое увеличение отпускной цены при поставке готовых профилей, трудоемкость и стоимость ферм будут снижены.

Уменьшению трудоемкости ферм из профилей открытого типа должна способствовать такая конструкция поясов (соединение элементов пояса планками по рис. VII.3), при которой становится возможной сборка по копиру.

Как указывалось выше, гнутые профили находят применение и в некоторых других конструкциях кроме ферм. Так, для шага ферм 12 м при легких кровлях возникает проблема разработки конструкции прогона пролетом 12 м. Для снижения веса конструкций покрытия, очевидно, рационально запроектировать такой прогон с применением гнутых профилей.
Имеются различные конструкции прогонов, разработанные институтами ЦНИИПромзданий, Проектстальконструкции и Укрпроектстальконструкция (рис. VII.7). ЦНИИПромзданий предложены два типа прогонов, первый из них представляет собой фермочку с параллельными поясами из гнутых замкнутых профилей трапециевидного и прямоугольного сечения; по замыслу авторов этой конструкции такие профили должны изготовляться металлургическими заводами по специальному сортаменту. Прогон второго типа запроектирован с поясами из открытых гнутых профилей и решеткой из прокатных уголков. Прогон института Проектстальконструкция состоит из крупного замкнутого профиля, усиленного раскосами из гнутых профилей и шпренгелем из круглой стали. Прогон, предложенный ЦНИИСК, представляет собой многостоечную шпренгельную конструкцию из гнутых профилей открытого типа.
Основные данные конструкции прогонов приведены в табл. VII.3.

Весовые показатели прогонов несопоставимы из-за принятой различной нагрузки. Из прогонов типов а, г, рассчитанных на нагрузку 820—870 кГ/м, весовые показатели несколько лучше у прогона типа г. Однако по количеству деталей прогоны типов а и б имеют лучшие показатели. Наибольшее количество сварных швов в прогоне типа в.
Окончательное суждение по сравнительной экономичности и технологичности рассматриваемых прогонов можно сделать только после разработки технологии их изготовления и производственных наблюдений.
Предварительные подсчеты показывают, что при обычной технологии их изготовления трудозатраты будут значительными и составят 2—5 чел.-час. на прогон. Для широкого применения таких прогонов необходима организация их изготовления на поточных линиях с механизированной обработкой концов профилей, сборкой и сваркой.
Гнутые профили применяются также для распорок связей при шаге ферм 12 м. Распорка представляет собой замкнутый прямоугольный профиль. Благодаря значительной жесткости такие распорки имеют меньший вес по сравнению с уголковыми.
Гнутые профили открытого типа применяются для импостов и прогонов остекления и переплетов. Выгодно применять гнутые профили для прогонов под кровлю из асбестоцементных листов или под алюминиевую кровлю. В последнем случае из гнутых профилей образуют каркас для панели, который затем обшивается волнистыми листами из алюминиевых сплавов.
Гнутые профили находят применение и в других конструкциях промышленных зданий.
Размеры экономии металла и снижения трудоемкости, получаемые от применения гнутых профилей в некоторых конструкциях, указаны в табл. VII.4.