Глава i металлические кровельные конструкции (стр. 7 )

При наличии тяжей прогон рассматривается как однопролетная балка при изгибе перпендикулярно к плоскости ската (рис. 17, а) и как двухпролетная неразрезная балка при изгибе в плоскости ската (рис. 17, б). Таким образом, тяжи уменьшают пролет при изгибе прогона в плоскости ската в два раза. Кроме того, они облегчают выравнивание линии прогонов при монтаже, что улучшает условия укладки плит.

Рис. 17. Схема расположения тяжей:

1 — ферма; 2 — прогоны; 3 — тяжи  (d=16÷20 мм); 4 — распорка

Изгибающие моменты в опасном (среднем) сечении прогона при наличии тяжей определяются по формулам:

Mx = qхlх2/8;  My = qyly2/8,

где lx — пролет прогона, равный шагу стропильных ферм; 1У = 0,5 lx.

При подборе сечения прогона предварительно задаются отношением моментов сопротивления β=Wx/Wy и из условия прочности (1) вычисляют требуемый момент сопротивления сечения относительно оси х—х:

Wх=(Мх+βМy)/Ryγc  (3)

В сортаменте выбирают профиль (по Wx ) и по фор­муле (1) проверяют проч­ность прогона с учетом фактических значений Wx и Wv. Если требуется, се­чение прогона изменяют и вновь выполняют проверку прочности. При подборе се­чения прогона ослабление стенки швеллера (двутавра) отверстиями для тяжей можно не учитывать. Ошибка при этом составляет 2-3%.

Далее производят расчет по второй группе предельных состояний, т. е. проверяют прогиб прогона. При косом изгибе и отсутствии тяжей наибольший про­гиб среднего сечения прогона определяется как геометрическая сумма прогибов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому условие достаточной жесткости записывается в виде:

       ƒ/ l = √ (ƒ2х+ƒ2у) / l ≤ (ƒ/ l)lim,  (4)

где  ƒх, ƒу – прогибы среднего сечения прогона соответственно в плоскости, перпендикулярной плоскости ската, и в плоскости ската;

l – пролет прогона (шаг ферм);

(ƒ /l )lim – предельный относительный прогиб прогона (см. Приложение 7).

Рис. 18. Расчетные схемы прогона и эпюры изгибающих моментов при наличии тяжей:

а - при изгибе в плоскости, перпендикулярной к скату;

б – при изгибе в плоскости ската

При наличии тяжей, или если скатная составляющая нагрузки воспринимается жестким диском настила, среднее сечение прогона прогибается только перпендикулярно к плоскости ската. Поэтому должно выполняться условие:

  ƒх/ l = (5/384) (qxnl3x/EIx) ≤  (ƒ/l)lim,  (5)

где qxn – составляющая нагрузки, действующая перпендикулярно к плоскости ската (коэффициенты надежности по нагрузке принимаются равными единице),  qxn= qncosα.

При малоуклонной кровле с уклоном 1,5% скатная составляющая нагрузки настолько мала, что ею можно пренебречь. Тяжи в этом случае не ставятся, а подбор сечения ведется в предположении плоского изгиба по полной нагрузке q.

3.2. Сквозные прогоны

При шаге ферм 12 метров сплошные прогоны становятся неэкономичными, вместо них получили распространение сквозные прогоны различного конструктивного решения. Наиболее удачными являются  сквозные прогоны запроектированные под кровлю с уклоном 1,5 % по стальному профилированному настилу. При соответствующем раскреплении их связями из круглой проволоки они могут быть использованы и для кровли с большим уклоном.

Прогоны имеют треугольную форму, их высота в осях составляет 1,5 метра (рис. 19). Раскосы выполнены из одиночных уголков, а верхний пояс – из парных холодногнутых швеллеров. Элементы прогона соединены между собой контактной точечной или электродуговой сваркой.

При расчете прогона его верхний пояс рассматривается как неразрезная трехпролетная балка на упруго оседающих опорах в предположении шарнирного сопряжения элементов решетки с поясом. При этом учитывается как полное загружение всего верхнего пояса равномерной нагрузкой, так и частичное – на половине пролета.

3.3. Связи между фермами

Покрытие, состоящее только из ферм, по которым уложены прогоны или плиты, не может нормально работать, так как оно является геометрически изменяемой системой.  Фермы могут выйти из вертикальной плоскости, и покрытие при этом «сложится» (рис. 20,а). Если закрепить фермы на опорах в вертикальном положении, то они не будут опрокидываться, но в этом случае трудно обеспечить устойчивость сжатых поясов из плоскости фермы, так как их расчетная длина очень велика (равна пролету фермы).

Рис. 19. Сквозные прогоны пролетом 12 м:

а – рядовой прогон (ПР); б – концевой прогон (ПК)

Про­гоны не могут препятствовать потере устойчивости  поясов и сдви­гаются вместе с ними (рис. 20, б). Наконец, фермы, обладающие очень малой поперечной жесткостью, не способны воспринимать поперечные горизонтальные нагрузки, например, ветровые. Для обеспечения нормальной работы покрытия устраиваются связи между фермами, которые выполняют следующие функции:

-  обеспечивают геометрическую неизменяемость покрытия;

- позволяют контролировать правильное положение ферм при монтаже и удерживают их в проектном положении в процессе мон­тажа и эксплуатации здания;

- уменьшают расчетную длину поясов фермы из ее плоскости;

- воспринимают горизонтальные нагрузки (ветровые, от тормо­жения кранов).

Рис. 20. Поведение покрытия по фермам при отсутствии связей:        

а - изменение геометрической формы ({опрокидывание ферм); б  -  потеря устойчивости сжатых поясов ферм; 1 — ферма; 2 — прогон; 3 — верхний пояс фермы

Геометрическая неизменяемость покрытия обеспечивается сле­дующим образом. Из двух расположенных рядом стропильных ферм создается жесткий пространственный блок. Для этой цели применяются поперечные (по отношению к длине здания) связи по верхним поясам ферм, поперечные связи по нижним поясам и вертикальные связи между фермами (рис. 21, а).

Вертикальные связи обязательно ставятся в плоскостях опор ферм, т. е. по торцам блока, и в промежутке между ними:  при пролете ферм до 30 метров – посередине их длины, а при пролете более 30 метров – две вертикальные связи примерно в третях длины ферм.

В покрытиях с профилированным настилом и беспрогонных по­крытиях с применением крупноразмерных плит, образующих жесткий диск в плоскости верхних поясов стропильных ферм, может приниматься и другое решение жесткого блока.

Рис. 21. Жесткий геометрически неизменяемый пространственный блок из двух ферм:

1 – стропильная ферма: 2 – поперечные связи по верхним поясам ферм; 3 – то же по нижним поясам ферм; 4 – вертикальные связи

В этом слу­чае поперечные связи по верхним поясам не устраиваются, их роль при эксплуатации здания, выполняет жесткий диск, образованный профилированным настилом или железобетонными плитами. Но вертикальные связи ставятся через 6 м по длине ферм (рис. 21, в), что необходимо для повышения жесткости блока и уменьшения свободной длины сжатых поясов ферм в процессе монтажа.

Жесткие пространственные блоки обязательно устраиваются по торцам здания или температурного отсека, а также в промежутке между этими торцевыми блоками, если длина здания или температурного отсека превышает 144 метра. Все проме­жуточные стропильные фермы привязываются к жестким блокам с помощью распорок и растяжек. Таким образом, покрытие в целом становится пространственной геометрически неизменяемой  системой

Связи по верхним поясам стропильных ферм включают поперечные связи и прогоны, исполняющие в данном случае роль распорок между фермами. Поперечные связи пред­ставляют собой горизонтальные связевые фермы, поясами которых являются верхние пояса стропильных ферм, входящих в жесткий блок. Роль стоек выполняют прогоны. Раскосы связевой фермы — это специальные элементы, изготавливаемые из уголков или труб.

При выполнении раскосов связевой фермы из уголков обычно принимается перекрестная система решетки с гибкими элемен­тами. Раскос такой решетки имеет малое сечение из одиночного уголка, и он не способен воспринимать сжимающие усилия: сжа­тый раскос выпучивается и таким образом выключается из ра­боты. В каждой панели работает только один раскос — растяну­тый. При изменении направления усилий на связевую ферму рас­косы в данной панели меняются ролями. Решетка с гибкими рас­косами, сечение которых подбирается как для растянутых эле­ментов, более экономична, чем перекрестная решетка с жесткими элементами, когда сечение всех раскосов надо подбирать как для сжатых стержней.

Связи раскрепляют некоторые узлы верхних поясов стропиль­ных ферм от их смещения в горизонтальной плоскости и тем са­мым уменьшают расчетную длину сжатых поясов из плоскости фермы. Пояс может терять устойчивость только между этими закрепленными узлами, как показано на рис. 22, а.

Связи по нижним поясам стропильных ферм (рис. 22, в) со­стоят из поперечных связей, распорок и растяжек. Кроме того, дополнительно могут устраиваться продольные связи.

Поперечные связи представляют собой горизонтальные связе­вые фермы, поясами которых служат нижние пояса стропильных ферм, входящих в жесткий блок. Стойки и раскосы связевой фермы — это специальные элементы. Поперечные связи вместе с распорками и растяжками, посредством которых узлы промежу­точных ферм соединяются с узлами жестких блоков, уменьшают свободную длину нижних поясов стропильных ферм из их плоскости. Поперечные связевые фермы воспринимают горизон­тальную ветровую нагрузку, действующую на торец здания и передаваемую на них стойками торцевого фахверка здания.