СТРОПИЛЬНЫЕ И ПОДСТРОПИЛЬНЫЕ ФЕРМЫ
1. Схемы ферм
Схемы ферм, применяемых в покрытиях производственных зданий, достаточно разнообразны. Выбор типа ферм зависит от технологических условий производства, конструкции кровли и технико-экономических соображений. Эти требования определяют длину пролета, очертание верхнего пояса, высоту фермы, способ водоотвода, величину уклона и т. д.
При рулонных кровлях применяют фермы трапециевидного очертания (уклон i=1/8 …1/12) и с параллельными поясами (уклон 1,5 % создается за счет строительного подъема). Последние несколько (~ на 3 %) тяжелее трапециевидных, однако благодаря одинаковой длине элементов решетки, изготовление их проще. Площадь кровли при фермах с параллельными поясами также несколько меньше. Кроме того, малоуклонную кровлю защищают тонким слоем гравия на битумной мастике, что повышает ее долговечность и огнестойкость (на скатных кровлях этот слой держаться не может). В результате, с учетом эксплуатационных расходов, приведенные затраты на покрытие по фермам с параллельными поясами получаются меньше. Поэтому такое решение принято как типовое.
При устройстве холодных кровель из асбестоцементных, стальных или алюминиевых листов, когда требуется больший уклон, применяют треугольные фермы или двускатные с параллельными поясами.
Для открылков, а также в многопролетных зданиях с наружным отводом воды используют односкатные фермы.
Высоту ферм в середине пролета hф принимают на основе технико-экономического анализа с учетом условий перевозки.
В зданиях с подвесным транспортом (подвесные краны, конвейеры) высота ферм определяется с учетом повышенных требований к жесткости покрытия. Для сокращения объема здания внутрицеховые коммуникации следует размещать в пределах межферменного пространства, что в некоторых случаях требует увеличения высоты ферм. Высота фермы по опоре hоп зависит от типа сопряжения ригеля с колонной. При жестком сопряжении эта высота должна быть не меньше (1/13…1/17)l.
Решетку стропильных ферм проектируют обычно треугольной с дополнительными стойками. С учетом размеров типовых кровельных плит размер панели верхнего пояса принимается модульным, равным З м.
При частом расположении прогонов и ширине плит 1,5 м обычно применяют фермы со шпренгельной решеткой, чтобы исключить работу верхних поясов ферм на местный изгиб при внеузловой передаче нагрузки.
Схемы стропильных ферм из парных уголков и их основные размеры должны соответствовать ГОСТ.
Для отапливаемых и неотапливаемых зданий с унифицированными пролетами до 36 м с покрытиями из железобетонных плит, стального профилированного настила и волнистых асбестоцементных листов разработаны серии типовых проектов ферм.
Для отапливаемых зданий, а также для неотапливаемых с железобетонными плитами основным типом стропильных конструкций являются фермы с параллельными поясами (уклон i - 1,5 %). Высота ферм по наружным граням поясов принята 3150 мм, что позволяет собирать фермы, независимо от пролета, в едином кондукторе. Фермы пролетом 18 и 24 м для уменьшения объема здания применяют пониженной высоты hф=2250 мм . Высота ферм из круглых труб равна 2900 мм по осям поясов.
Для неотапливаемых зданий с покрытием из волнистых листов разработаны типовые треугольные фермы с уклоном верхнего пояса i=1/3,5. Решетка треугольная с дополнительным шпренгелем. Шаг прогонов - 1,5 м.
Подстропильные фермы проектируют чаще всего с параллельными поясами, треугольной решеткой и стойками, к которым крепят стропильные фермы. Высота подстропильных ферм определяется конструкцией узла примыкания стропильной фермы и зависит от высоты последней. Обычно стропильные фермы с параллельными поясами и трапециевидные примыкают к подстропильным сбоку и их высоты близки. Треугольные стропильные фермы опираются сверху. Узел примыкания стропильных ферм к подстропильным обычно выполняется шарнирным.
2. Особенности расчета
А. Нагрузки. Основными нагрузками при расчете стропильных ферм являются постоянная нагрузка от кровли и несущих конструкций покрытия и нагрузка от снега. Иногда на стропильные фермы действуют и другие нагрузки: от подвесного транспорта, подвесных коммуникаций и оборудования, электроосветительных установок, вентиляторов, галерей, систем испарительного охлаждения, устанавливаемых на крыше здания и т. д. При больших пылевыделениях (например, на цементных заводах) при расчете ферм учитывают нагрузку от пыли.
Постоянные нагрузки от кровли, стропильных ферм, связей по покрытию и фонарей принимаются, как правило, равномерно распределенными. Нагрузки от бортовых стенок фонаря и остекления учитываются в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах опирания крайних стоек фонаря.
Значения нагрузок и коэффициентов перегрузки (коэффициентов надежности по нагрузке) для некоторых наиболее распространенных типов покрытий приведены в табл. 13.1.
Нагрузка от бортовой стенки фонаря определяется в зависимости от конструктивного решения. Вес остекления, принимается равным 0,35 кН на 1м2 остекленной поверхности.
Снеговые нагрузки при расчете элементов покрытия (плит, прогонов, настила и ферм) несколько отличаются от принимаемых при расчете поперечных рам.
Это объясняется тем, что для конструкций покрытия снеговая нагрузка является основной, определяющей размеры сечения элементов (особенно при легких кровлях). В некоторых случаях доля снеговой нагрузки в расчетных усилиях достигает 60-70 %. Поэтому элементы покрытия весьма чувствительны к возможным перегрузкам и неравномерному распределению снеговой нагрузки, что необходимо учитывать при расчете.
Расчетное значение снеговой нагрузки определяют по формуле:
Значение коэффициента перегрузки n при расчете элементов покрытия принимается в зависимости от отношения нормативного веса покрытия gH к нормативной снеговой нагрузке рH.
При более сложных конфигурациях покрытия с перепадами высот снег сдувается с вышележащих пролетов на нижележащие и образуются зоны повышенных снеговых нагрузок. Данные для определения этих нагрузок приведены в главе СНиП II-6-74. В необходимых случаях, когда неблагоприятные усилия в элементах возникают при частичном загружении, следует рассмотреть также схемы со снеговой нагрузкой, действующей на части пролета.
В большинстве случаев наибольшие усилия в поясах и раскосах ферм получаются при загружении по первому варианту. Второй вариант является определяющим для плит, настилов, прогонов и стоек ферм, расположенных в местах повышенных снеговых нагрузок. Кроме того, при загружении по второму варианту, а также при половинном загружении пролета в средних раскосах ферм может измениться знак усилия, и слабонагруженные растянутые элементы, имеющие большую гибкость, окажутся сжатыми.
Нагрузка от ветра вызывает в элементах фермы, как правило, усилия проти0воположного знака по сравнению с усилиями от веса покрытия и снега. Поэтому при расчете ферм ветровую нагрузку следует учитывать только в том случае, если ее величина превышает вес покрытия (при легких кровлях и в районах с повышенной ветровой нагрузкой).
Прочие нагрузки на стропильные фермы принимают по технологическому заданию.
Б. Определение усилий в стержнях ферм. Усилия в стержнях стропильных и подстропильных ферм при шарнирном сопряжении их с колоннами от неподвижной узловой нагрузки определяют графическим или аналитическим способом. При внеузловой передаче нагрузки пояс фермы работает на осевое усилие с изгибом. Учитывая неразрезность пояса, значение момента можно приближенно определить по формуле:
Усилия от подвижной нагрузки (подвесных кранов, тельферов) определяют по линиям влияния.
В стропильных фермах, входящих в состав поперечной рамы, возникают усилия от распора (продольная сила в ригеле) HP. В зависимости от конструктивного решения узла сопряжения фермы и колонны распор рамы воспринимается нижним или верхним поясом фермы. При расчете рам по приближенной методике с заменой решетчатого ригеля сплошным, расположенным в уровне нижнего пояса, распор рамы считается приложенным к нижнему поясу.
При определении опорных моментов следует учитывать: первую комбинацию с максимальным (по абсолютному значению) моментом, вызывающую наибольшее растягивающее усилие в крайней панели верхнего пояса, и вторую комбинацию моментов без учет) снеговой нагрузки для определения возможного сжимающего усилил в нижнем поясе.
Для определения расчетных усилий в стержнях фермы составляют таблицу, включающую усилия от постоянных и временных нагрузок от распора рамы и опорных моментов. Расчетные усилия получают суммированием отдельных составляющих в их неблагоприятном сочетании.
Узлы сопряжения ферм с колонной выполняются, как правилo, на болтах и имеют определенную податливость; в процессе эксплуатации может произойти ослабление соединений и степень защемления фермы на опоре уменьшится. Опорные моменты и распор рамы определяют с учетом всех нагрузок (постоянных, снеговых, крановых, ветровых), которых может и не быть. Поэтому разгружающее влияние опорных моментов и распора рамы обычно не учитывают.
Если усилия в рассматриваемом стержне от pacпора рамы, опорных моментов и вертикальной нагрузки имеют одинаковые знаки, то принимают их сумму. Если знаки усилий разные и усилия от распора и моментов меньше по абсолютному значению, то за расчетное берут усилие только от вертикальной нагрузки. Если же усилии имеют равные знаки, и усилия от распора и моментов больше усилий от вертикальной нагрузки, то стержень должен быть проверен и на алгебраическую суму этих усилий.
При обеспечении достаточной жесткости узла сопряжения ферм и колонн, например присоединении на сварке, может быть учтено разгружающее влияние опорных моментов от постоянной и снеговой нагрузок.
Для этого расчет фермы следует проводить раздельно для каждой нагрузки с учетом соответствующих рамных моментов и распора и составлять расчетные комбинации, вызывающие наиболее неблагоприятные усилия.
Подбор сечения элементов ферм покрытия, расчет и конструирование промежуточных узлов выполняются так же, как и для обычных свободно опертых ферм.
3. Опорные узлы
Конструкция опорных узлов ферм зависит от способа сопряжения фермы с колонной.
При шарнирном сопряжении наиболее простым является узел опирания фермы на колонну сверху с использованием дополнительной стойки (надколонника). При таком решении возможно опирание ферм как на металлическую, так и на железобетонную колонну. Аналогично решается и узел опирания стропильной фермы на подстропильную.
Опорное давление фермы Fф передается с опорного фланца фермы через строганые или фрезерованные поверхности на опорную плиту колонны или опорный столик подстропильной фермы. Опорный фланец Для четкости опирания выступает на 10-20 мм ниже фасовки опорного узла. Площадь торца фланца определяется из условия смятия (при наличии пригонки).
Верхний пояс фермы конструктивно на болтах грубой или нормальной точности прикрепляют к фасонке надколонника. Для того чтобы узел не мог воспринять усилия от опорного момента и обеспечивал шарнирность сопряжения, отверстия в фасовках делают на 5-6 мм больше диаметра болта.
При жестком сопряжении стропильная ферма примыкает обычно к колонне сбоку.
Опорное давление Fф передается на опорный столик. Опорный столик делают из листа t=30...40 мм при небольшом опорном давлении (Fф < ф. Опорный фланец крепят к полке колонны на болтах грубой или нормальной точности, которые ставят в отверстия на 3-4 мм больше диаметра болтов, чтобы они не могли воспринять опорную реакцию фермы в случае неплотного опирания фланца на опорный столик.
Горизонтальные усилия от опорного момента H1>=M1/hОП воспринимаются узлами крепления верхнего и нижнего поясов. Последний дополнительно воспринимает усилие от распора рамы HР. В большинстве случаев опорный момент фермы имеет знак минус, и сила H1 как и HР, прижимает фланец узла нижнего пояса к колонне. Напряжения по поверхности контакта невелики и их можно не проверять. Если сила H=H1+HP отрывает фланец от колонны (при положительном знаке момента), то болты крепления фланца к колонне работают на растяжение и их прочность следует проверить с учетом внецентренного относительно центра болтового поля приложения усилия.
Швы крепления фланца к фасонке воспринимают опорную реакцию фермы Fф и внецентренно приложенную силу H (центр шва не совпадает с осью нижнего пояса). Под действием этих усилий угловые швы работают на срез в двух направлениях.
Если линия действия силы H1, не проходит через центр фланца, то швы и болты рассчитывают с учетом эксцентриситета.
В случае действия больших опорных моментов и при необходимости повышения жесткости узла сопряжения ригеля с колонной целесообразно выполнить соединение верхнего пояса с колонной на сварке.
При жестком сопряжении стропильных ферм с колоннами (опирание сбоку) для удобства монтажа целесообразно применить подстропильные фермы с нисходящим опорным раскосом (при другом решении ферму трудно завести между полками колонны). Опорное давление подстропильной фермы передается через строганый терец из столик, приваренный к стенке колонны. Фланец опорного узла прикрепляют к стенке колонны болтами нормальной точности. Нижний пояс подстропильной фермы делают укороченным (чтобы его не нужно было заводить внутрь колонны) и крепят накладкой к pебpy колонны.
Опирание стропильных ферм на подстропильные выполнятся в большинстве случаев по шарнирной схеме. При неразрезных стропильныых фермах для обеспечения жесткости узла необходимо перекрыть верхние пояса стропильных ферм накладкой, рассчитанной на восприятие усилия от опорного момента. В узле нижнего пояса это усилие прижимает фланец фермы к стойке, и дополнительные элементы для его восприятия не требуются.
[ К следующей главе | Вверх по странице | К оглавлению | К предыдущей главе ]
