В книге рассмотрены вопросы проектирования, изготовления и монтажа стальных прутковых конструкций для покрытий промышленных зданий. Приведены результаты испытаний прутковых ферм, арок и прогонов. Книга предназначена для инженеров-строителей, работающих в области проектирования, изготовления и монтажа стальных конструкций.

I. Введение
А. Значение прутковых конструкций для строительства
Б. Причины, задержавшие широкое распространение прутковых конструкций

II. Системы стальных прутковых конструкций
A. Прутковые прогоны пролетом 6 — 9 м
Б. Прутковые прогоны пролетом 12 м
B. Прутковые фермы
Г. Прутковые арки

III. Проектирование, изготовление и монтаж стальных прутковых конструкций
A. Сравнительный анализ стальных прутковых конструкций
Б. Проектирование стальных прутковых конструкций
B. Изготовление стальных прутковых конструкций
Г. Монтаж стальных прутковых конструкций

IV. Испытания стальных прутковых конструкций
A. Испытания прутковых прогонов
Б. Результаты испытаний прутковых решетчатых конструкций, произведенных в ЦНИПС
B. Испытания прутковых ферм и трехшарнирных арок с затяжками
Г. Анализ работы прутковых конструкций под действием испытательных нагрузок

V. Заключение
А. Обобщающие выводы
Б. Пути дальнейшего совершенствования и развития прутковых конструкций

Приложения
Литература

Значение прутковых конструкций для строительства

Экономия стали является одной из важнейших задач для всех отраслей народною хозяйства нашей страны, потребляющих металл. Успешное решение этой задачи в области .строительства в большой степени зависит от создания и широкого применения новых, более легких стальных конструкций.

К таким конструкциям относятся в частности прутковые конструкции, которые впервые были созданы и осуществлены в нашей стране. Приоритет в создании стальной прутковой конструкции покрытий гражданских зданий принадлежит выдающемуся русскому инженеру В.Г. Шухову. Стальными арками с перекрестными прутковыми затяжками системы В.Г. Шухова перекрыто построенное в самом начале XX столетия здание ГУМ на Красной площади в Москве.

Прутковые конструкции преимущественно в виде прогонов покрытий промышленных зданий начали применяться в годы первых пятилеток. Уже в эти годы начинается экспериментальная работа в области создания прутковых прогонов «в некоторых научно-исследовательских организациях.

В течение последующих лет советскими инженерами предложен и разработан ряд весьма интересных решений прутковых конструкций как малых, так и значительных пролетов. Эти конструкции отличаются малым весом, а разработанные в последнее время — также и сравнительно небольшой трудоемкостью изготовления.

В Советском Союзе стальные прутковые конструкции получили применение как в виде прогонов пролетом 6—12 м, так и в виде стропильных и арочных с затяжками ферм пролетом 12—35 м, прутковых сводов и пространственных сетчатных покрытий. В зарубежной строительной технике прутковые конструкции не заняли подобающего места, причем прутковых конструкций; больших пролетов не создано вовсе. Применяемые в США прутковые прогоны далеки от совершенства и значительно уступают по своим технико-экономическим характеристикам конструкциям прутковых прогонов, разработанных советскими строителями.

Целесообразность применения прутковых прогонов и ферм при строительстве промышленных, а в ряде случаев и гражданских зданий, определяется в первую очередь меньшим весом по сравнению со сплошностенчатьми прогонами из прокатных профилей и обычными стропильными фермами из уголковой стали.

Однако экономия металла является решающим, но не единственным положительным показателем применения прутковых конструкций в строительстве.

Для выявления всей важности применения прутковых конструкций в строительстве необходимо произвести сравнительный технико-экономический анализ рассчитанных на одну и ту же нагрузку прутковых и обычных конструкций одинаковых пролетов.

Для этого сравним технико-экономические показатели прутковых и обычных конструкций: стоимость, вес и основные производственные характеристики. Сводная сравнительная таблица, иллюстрированная схемами конструкций, составлена на основе произведенных расчетов, а также выявления весовых показателей и производственных характеристик прутковых и обычных ферм.

Материалы таблицы показывают что прутковые фермы на 25—35% легче обычных решетчатых стропильных ферм, а прутковые трехшарнирные арки с затяжками легче ферм типа Полонсо на 28%. При изготовлении в условиях строительной площадки стоимость прутковых ферм ниже стоимости обычных ферм приблизительно на 20%, причем стоимость материалов меньше примерно на 30%. Число операций и длина сварных швов в прутковых и обычных фермах, как следует из данных сводной таблицы, примерно одинаковы. Для прутковой фермы пролетом 12 м удалось добиться уменьшения длины сварных швов почти в два раза по сравнению с обычной фермой; однако число деталей прутковых ферм, остается большим примерно на 20%.

Разработанные в 1950—1951 гг. фермы с перекрестными прутковыми раскосами и уголковым нижним поясом, предназначенные для изготовления на заводе, имеют значительно лучшие производственные характеристики, чем прутковые фермы, изготовляемые на монтажных площадках, и трудоемкость их изготовления не превышает трудоемкости изготовления решетчатых ферм. Фермы с перекрестными прутковыми раскосами и уголковым нижним поясом имеют на 32% меньше деталей и на 24% меньше сварных швов, чем обычные стальные стропильные фермы.

Ниже приведена таблица нагрузок, сечений и веса различных типов прутковых прогонов. Данные таблицы позволяют сделать вывод, что вес индустриальных прутковых стальных прогонов меньше веса сплошностенчатых прогонов из прокатных профилей на 43—45%, а их стоимость ниже на 25—35%.

При проектировании зданий с использованием новых типовых секций одноэтажных производственных зданий (с внутренним отводом воды) и частичном применении сплошностенчатых прогонов (крайние прогоны на фонарях) эффективность применения индустриальных прутковых прогонов пролетом 6 м несколько падает. В этом случае экономия металла составит 36—40 %, снижение стоимости — 17—30%.

До последнего времени прутковые прогоны не были приспособлены к массовому заводскому изготовлению с применением электродуговой сварки. Они изготовлялись полукустарными способами и не могли конкурировать по трудоемкости изготовления; со сплошностенчатыми прогонами (швеллеры, двутавры), изготовление которых не требует трудоемких операций. Только совсем' недавно удалось разработать индустриальные прутковые прогоны, приспособленные к механизированному изготовлению в заводских, условиях.

Массовое механизированное изготовление индустриальных прутковых прогонов пролетами 6 и 9 м освоено на Харьковском заводе металлических конструкций, где изготовляется в смену до 45—50 прогонов. Отсутствие повреждений при перевозке первой партии индустриальных прутковых прогонов (свыше 4 500 шт.) в железнодорожных вагонах и частично автотранспортом с завода-изготовителя на строительную площадку показало, что эти конструкции являются вполне транспортабельными. Монтаж индустриальных прутковых прогонов пролетом 6 м не требует дополнительной затраты труда по сравнению с монтажем сплошностенчатых прогонов. Таким образом, в настоящее время имеются необходимые предпосылки для самого широкого внедрения прутковых прогонов в промышленное строительство.

Монтаж прутковых ферм пролетами 12—30 м проще монтажа обычных стропильных ферм тех же пролетов, так как вес прутковых ферм на 25—35% меньше и они более устойчивы вследствие того, что их центр тяжести расположен ниже точек опоры.

Устройство связей покрытия из прутковых ферм благодаря их устойчивости несколько проще, чем связей покрытия из обычных стропильных ферм. Прутковые фермы не имеют опорных стоек, поэтому отпадает необходимость в устройстве вертикальных связей, проходящих через опорные узлы ферм.

Монтаж прутковых трехшарнирных арок с затяжками пролетами 18—35 м, имеющих сравнительно ограниченную область применения, несколько сложнее, должен производиться по специальному проекту организации работ и требует хорошего технического надзора. Однако опыт монтажа прутковых трехшарнирных арок с затяжками пролетом 21,4 м на одном из объектов (г. Москва) показал, что значительных трудностей при этом не встречается.

Значительная экономия металла и денежных средств, достигаемая при замене обычных стропильных ферм прутковыми, а также при замене сплошностенчатых прогонов индустриальными прутковыми прогонами, определяет народнохозяйственное значение широкого внедрения прутковых конструкций в строительство.

Учитывая это, «Технические правила по экономному расходованию металла, цемента и леса в строительстве», утвержденные 30/Х—1951 г. Государственным комитетом Совета Министров Союза ССР по делам строительства, рекомендуют прутковые конструкции к применению в строительстве.

Причины, задержавшие широкое распространение прутковых конструкций

Выше указывалось, что прутковые конструкции применяются в строительстве главным образом в виде прогонов, которые, однако, из-за недостаточной технологичности конструкций до последнего времени не могли конкурировать по трудоемкости изготовления со сплошностенчатыми прогонами из прокатных профилей. Другими серьезными недостатками прутковых протонов являются деформативность и малая боковая жесткость.

Эти причины в основном и задержали широкое распространение прутковых прогонов в нашем строительстве.

Устранение указанных недостатков потребовало как совершенствования конструкций самих прутковых протонов, так и разработки технологии заводского изготовления прутковых конструкций, включая создание кондукторов для сборки прогонов, механизацию всех операций по изготовлению элементов прутковых конструкций и т. п.

Разрешение проблемы создания прутковых конструкций больших пролетов потребовало проведения анализа имеющегося материала в области прутковых конструкций, в том числе по прутковым прогонам. Это оказалось тем более необходимым, что попытки разработать конструктивные решения прутковых ферм и трехшарнирных арок с затяжками (даже сравнительно небольших пролетов — 12—15 м) по типу прутковых прогонов не дали удовлетворительных результатов.

При одних решениях прутковые фермы имели решетку из стержней диаметром 36—45 мм и высоту всего лишь ¹/₁₅ пролета, при других — они оказались недостаточно жесткими в вертикальной плоскости, или, кроме того, были недостаточно устойчивы и требовали усиления сжатых прутковых раскосов.

Неудачные решения прутковых ферм могли лишь в известной мере дискредитировать прутковые конструкции, о которых у многих строителей сложилось мнение как о недостаточно прочных, жестких, устойчивых и транспортабельных конструкциях. На все прутковые конструкции, в том числе и на прутковые фермы, необоснованно распространяли основной недостаток обычных прутковых прогонов — большую трудоемкость их изготовления по сравнению со сплошностенчатыми стальными прогонами.

Надо отметить, что разработанные в 1951 г. индустриальные прутковые прогоны в значительной мере свободны от этого недостатка.

Широкие круги проектировщиков и строителей еще недостаточно знакомы с новыми решениями экономичных и надежных прутковых ферм, которые значительно легче обычных решетчатых ферм, а по трудоемкости изготовления стоят в одном ряду с ними.

В этом кроются причины, которые несколько задержали распространение прутковых конструкций в промышленном строительстве, но не смогли помешать постепенному, все возрастающему из года в год объему внедрения этих весьма экономичных стальных конструкций.