Фасонка (Фасонный лист) - лист металла, имеющий очертание, требуемое для соединения нескольких элементов металлической конструкции.
Фасонка - деталь фермы в виде металлической пластинки, служащая для крепления в узле стержней решетки и пояса.
Очертание фасонок определяется системой фермы, числом примыкающих стержней, очертанием пояса, условиями размещения сварных швов и их длиной, прикрепляющих стержни решётки фермы или высокопрочных болтов, с учетом зазоров между сопрягаемыми элементами 40-50 мм.
В то же время, необходимо стремиться к простейшим очертаниям фасонок, чтобы упростить их изготовление, стремясь к наименьшему числу резов при вырезке фасонок из листа, уменьшить обрезки и придать ферме более конструктивный, спокойный вид; выкружек и особенно входящих углов следует избегать.
Если пояс не имеет перегиба, и решетка треугольная, то наилучшим очертанием фасонки, к которому всегда нужно стремиться, является простая прямоугольная форма.
Если стремление сохранить прямоугольное очертание фасонки потребует слишком много излишнего материала, то можно принять очертание фасонки в виде прямоугольной трапеции. В фермах с раскосной решеткой фасонке следует придавать очертание прямоугольной трапеции. Такие фасонки вырезают из листа с минимальным числом обрезков и при наименьшей протяженности резов. Так как в ферме число одинаковых фасонок почти всегда четное (вследствие симметрии большинства ферм), то две фасонки трапецоидального очертания вырезаются из листа одним косым срезом, и в этом случае, тоже обрезков металла не получается.
Косой срез фасонки должен иметь такой уклон, чтобы к стержню фасонка подходила под углом не менее 15-20 градусов во избежание перенапряжения материала у прикрепления стержня. (Для плавной передачи усилия от стержней решетки на пояс фасонку выпускают за стойку под углом не менее 15 градусов).
При отсутствии перегиба пояса в раскосной решетке желательно трапецеидальное или параллелограммное очертание фасонки, получаемое оттягиванием её несколько за стойку под углом в 30 градусов.
Не допускается проектировать фасонки несимметричными относительно оси усилия, так как в этом случае появляются местные изгибающие моменты.
С целью обеспечения прочности соединения – должны иметь размеры сечения, обеспечивающие равнопрочность с сечением стержневых элементов (Площадь стыковых элементов должна быть не меньше площади стыкуемых элементов) (Фасонкам должны быть приданы такие очертания и размеры, чтобы площадь нетто сечения по любому разврезу удовлетворяла условиям прочности при проверке нормальных и скалывающих напряжений от усилия, переданного до данного разреза прикрепленными к фасонке элементами).
Толщину фасонок выбирают в зависимости от величины действующих усилий и принятой толщины сварных швов.
Толщину фасонки обычно во всех узлах фермы назначают в зависимости от расчетного усилия в сжатом опорном раскосе, так как в этом узле возникает опасность потери устойчивости фасонки на участке между торцом стержня и ребрами жесткости опорного узла.
Толщину фасонок рекомендуется принимать одинаковой во всех узлах фермы. При значительной разнице усилий в стержнях решетки принимают две толщины в пределах отправочного элемента.
Рекомендуемые толщины фасонок в зависимости от усилий в стержнях:
Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1976. Авт.: Е.И. Беленя и др.
Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1978. Авт.: К.К. Муханов
Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1980. Под ред. Н.П. Мельникова
Конструирование прикреплений элементов решётки к фасонкам
Стержни решетки из уголков или из швеллеров рекомендуется приваривать к фасонкам с каждой стороны двумя фланговыми швами и выводом каждого шва на торец на длину не менее 20 мм (СП 16.13330.2016 п.15.2.3) для снижения концентраций напряжений. Иногда стержни приваривают добавочно и лобовым швом полностью.
Приварку раскосов к фасонке рекомендуется делать лишь фланговыми швами по обушку и перу. Эти швы работают на срез (модуль упругости G), а не на отрыв. Лобовые швы распределяют силовой поток передачи усилия на фасонку более равномерно, однако, их не рекомендуется ставить в тяжелых фермах с крупными профилями и большими сварными швами: после наложения больших сварных швов на поясные уголки и раскосы развиваются большие усадочные напряжения, которые вызывают растяжение в фасонке между уголками, способствующее развитию трещин.
Чтобы уменьшить сварочные напряжения в фасонках, концы стержней решётки не доводят до поясов (СП 16.13330.2016 п.15.2.3: Расстояние между краями решётки и пояса в узлах сварных ферм с фасонками следует принимать не менее а=(6t-20)мм, но не более 80 мм. Здесь t - толщина фасонки, мм).
Резку стержней решётки (уголков, швеллеров и т.п.) производят, как правило, нормально к оси; для крупных стержней допускают косую резку с целью уменьшения размеров фасонок.
Не рекомендуется принимать прерывистые швы, швы толщиной менее 5 мм и длиной менее 60 мм.
Расчёт прикреплений элементов решётки к фасонкам
Если в стержне решетки действует расчетное усилие N, а сечение состоит из двух уголков, то на каждый уголок приходится усилие N1=0,5N. Это усилие должно быть воспринято сварным швами, прикрепляющими уголок к фасонке.
Возможны два варианта:
1) прикрепление только фланговыми швами. Требуемые площади швов по перу и обушку уголка распределяются обратнопропорционально их расстояниям до оси стержня.
2) прикрепление лобовыми и фланговыми швами (в этом случае определяют усилие, воспринимаемое лобовым швом, а оставшаяся часть усилия распределяется между фланговыми швами).
Конструирование прикреплений поясов к фасонкам
К поясу фасонки прикрепляют также фланговыми швами. Прикреплять фасонки к поясным уголкам следует с двух сторон (со стороны обушка и пера), так как в противном случае поясные уголки могут легко отогнуться, например, при транспортировке. Для этого фасонки выпускают за обушки уголков на 10-20 мм. Но не всегда возможно выпустить фасонку за грань пояса, например, при установке по верхнему поясу прогонов, прикрепляемых к уголковым коротышам или при установке кровельных плит. В этом случае либо в фасонке делают вырезы и это место не заваривают, либо, в фермах под легкую нагрузку, фасонку не доводят до обушка уголков на 5...15 мм и прикрепляют только швами у пера. Желательно при этом производить заварку щели, образующейся между обушками уголков и фасонкой. Этот шов нельзя рассматривать как расчетный, так как трудно обеспечить его хороший провар (шов наплавляется, а не проваривается) и расчетными швами в этом случае являются швы, наложенные у пера.
Расчёт прикреплений поясов к фасонкам
Возможны три случая:
1) Пояс проходит через узел, не прерываясь
Прикрепление фасонки к поясу рассчитывается на равнодействующую усилий в элементах решётки, сходящихся в данном узле, стремящуюся сдвинуть фасонку относительно пояса. В частном случае, при отсутствии в узле перпендикулярно поясу внешней нагрузки это усилие равно разности усилий в примыкающих к узлу панелей пояса: Nф=N2-N1.
Если к узлу приложена сосредоточенная нагрузка P, то швы, прикрепляющие фасонку к поясу, воспринимают равнодействующее усилие от давления нагрузки P и разности усилий в смежных прогонах.
Усилие Nф приложено в центре узла по направлению оси пояса. Если фасонка не выпущена за грань пояса, это усилие будет вызывать в швах, расположенных у пера поясных уголков не только срез по их длине, но также изгиб, вызванный моментом M=Nф е. Обычно нормальные напряжения от изгиба невелики, и потому проверку шва производят только на срез при уменьшенном расчетном сопротивлении шва (примерно на 20-25%).
2) В узле к поясу примыкает только стойка
В этом случае Nф=N2-N1=0, прикрепление стойки к фасонки и фасонки к поясу рассчитывают на усилие в стойке N=Nc.
3) В узле устраивается стык, заводской или монтажный
В этом случае необходимо полностью перекрыть стык специальными накладками, не включая, как правило, в работу стыка фасонку. Можно фасонку включить в работу стыка, если продолжить её за узел.
Немного об узлах легких ферм
Опорный узел легких ферм при свободном опирании их на нижележащую конструкцию состоит из опорной плиты, стойки и фасонки.
Давление фермы на опорную плиту передается через фасонку и опорную стойку, образующие жесткую опору крестового сечения. Оси пояса и опорного раскоса центрируют на ось опорной стойки; таким образом, опорная реакция фермы проходит через центр жесткого креста.
Немного об узлах тяжелых ферм
Слабая напряженность краев фасонок позволяет устраивать в них выкружки, которые снижают концентрацию напряжений в местах примыкания раскосов. Устройство выкружек особенно полезно в сварных узлах при работе конструкции на динамические воздействия.
Из СП 16.13330.2016: 15.2.4 В узлах ферм с поясами из тавров, двутавров и одиночных уголков крепления фасонок к полкам поясов встык следует осуществлять с проваром на всю толщину фасонки. В конструкциях группы 1, а также эксплуатируемых в районах при расчётных температурах ниже минус 45 °С примыкание узловых фасонок к поясам следует выполнять согласно приложению К(таблица К.1, позиция 7).
Отдельно можно изучить действительную работу узлов ферм (Напр. Муханов К.К. стр. 332).
Использованы материалы вышеуказанных книг, а также материалы книги "Курс металлических конструкций". М., Стройиздат Наркомстроя, 1940. Авт.: Н.С. Стрелецкий