Глава i металлические кровельные конструкции (стр. 8 )

Рис. 22. Схема связей из уголков в покрытии с прогонами

при шаге ферм 6 метров:

а – связи по верхним поясам ферм; б – вертикальные связи между фермами; в – связи по нижним поясам ферм; 1 – стропильная ферма, входящая в жесткий блок; 2 – промежуточная стропильная ферма;

3 – поперечные связи по верхним поясам ферм; 4 – то же по нижним поясам ферм; 5 – вертикальные связи; 6 – продольные связи по нижним поясам ферм; 7 – растяжки; 8 - прогоны

Продольные связевые фермы совместно с поперечными связевыми фермами создают жесткий контур в плоскости нижних поя­сов и тем самым повышают общую жесткость каркаса здания. Они воспринимают ветровые нагрузки со стоек фахверка продоль­ных стен и передают их на колонны, а также перераспределяют усилия от поперечного торможения кранов между рамами здания. Наконец, продольные связевые фермы уменьшают расчетную длину нижних поясов стропильных ферм, что особенно важно в случае жесткого сопряжения ферм с колоннами, когда в нижнем поясе могут возникнуть сжимающие усилия.

Продольные связевые фермы устраиваются вдоль крайних рядов колонн в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы; в покрытиях с подстропильными фермами; в одно - и двухпролетных зданиях с мостовыми кранами грузо­подъемностью более 10 тонн, а при отметке низа стропильных конструкций свыше 18 м — независимо от грузоподъемности кра­нов. В зданиях с числом пролетов более трех продольные связе­вые фермы следует размещать также вдоль средних рядов колонн не реже, чем через пролет в зданиях с кранами тяжелого и весьма тяжелого режимов работы и через два пролета — в прочих зда­ниях.

Вертикальные связи, как уже отмечалось, совместно с попереч­ными связями по верхним и нижним поясам стропильных ферм объединяют две соседние стропильные фермы в жесткий геомет­рически неизменяемый блок. Обычно вертикальные связи выпол­няют в виде фермочек с параллельными поясами и треугольной или перекрестной системой решетки (рис. 23).

Рис. 23. Схемы вертикальных связей между фермами:

А – при шаге ферм 6 м; б – при шаге стропильных ферм 12 м

4. Вопросы для самоконтроля

1. Какая конструкция называется фермой.

2. Дайте классификацию ферм.

3. В чем отличие прогонного и беспрогонного покрытия.

4. Что называют прогоном и какова его конструкция.

5. Для чего устраивают связи по верхним и нижним поясам ферм.

6. Что называют жестким блоком и где его устраивают.

7. Изобразите схему связей в покрытии с прогонами.

ГЛАВА IV

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОПИЛЬНЫХ ФЕРМ

1. Очертание ферм

Ферма выполняется из отдельных стержней, поэтому ей можно придать различное очертание, а от него зависит распределение усилий в элементах фермы.

Так, если придать верхнему поясу очертание, подобное эпюре изгибающих моментов от расчетных нагрузок, т. е. сделать полигональную ферму (рис. 24, а), то усилия в поясах по длине буду изменяться незначительно. Поэтому в такой ферме можно рационально использовать прочность материала во всех панелях пояса при его постоянном сечении. Однако полигональные фермы в качестве стропильных обычно не применяются, так как, во-первых, в каждом переломе пояса надо устраивать стык, что усложняет изготовление и требует дополнительного расхода стали на стыковые накладки и, во-вторых, переменный уклон верхнего пояса затрудняет устройство кровли. Эти фермы применяются в мостах больших пролетов, так как в этом случае получаются большие панели и все равно в узлах приходится устраивать стыки.

Рис. 24. Очертание ферм (штриховой линией показана эпюра изгибающих моментов):

а – полигональная ферма; б – ферма с параллельными поясами; в – треугольная ферма; г – трапециевидная ферма

Для упрощения конструкции стропильных ферм их пояса делают прямолинейными и постоянного сечения или изменяют сечение один раз. При этом возможно несколько вариантов очер­тания ферм (рис. 24, б, в, г).

Простейшее очертание имеет ферма с параллельными поясами (рис. 24, б). Ее недостатком является значительное изменение усилий по длине поясов, так как изгибающий момент уменьшается к опорам, а высота фермы одинакова по всему пролету. При постоянном сечении поясов это приводит к перерасходу стали, потому что пояса в панелях, расположенных ближе к опорам, ока­зываются недогруженными.

Несмотря на этот недостаток фермы с параллельными поясами приняты в качестве типовых (рис. 25), ибо их серийное произ­водство проще, чем ферм других очертаний. Это объясняется тем, что в ферме с параллельными поясами все стойки имеют одина­ковую длину, раскосы также одной длины и узлы просты по кон­струкции и однотипны. Для обеспечения стока воды с кровли в типовых стропильных фермах с параллельными поясами создается минимально допустимый уклон верхнего пояса 1,5%. У типовых ферм из уголков пролетами 24, 30 и 36 м нижний пояс, как и верхний, выполняется с уклоном 1,5% и переломом в середине пролета.

В фермах с параллельными поясами, как отмечалось выше, усилия в поясах убывают к опорам. Наоборот, в треугольных фермах (рис. 26) усилия в поясах к опорам резко воз­растают. Наибольшие усилия действуют в опорных панелях, при­чем здесь пояса пересекаются под острым углом, что затрудняет конструктивное решение опорных узлов. Вообще, если сравнить фермы одной высоты и одинакового пролета, которые восприни­мают одну и ту же нагрузку, то усилия в поясах треугольной фермы окажутся в 1,5—2 раза больше, чем в фермах других очер­таний, что, естественно, приводит к значительному увеличению расхода стали.

Таким образом, применение треугольных ферм экономически нецелесообразно. Они используются только в случае, когда требуется получить большой уклон, например, при кровле из асбестоцементных волнистых листов. Под такую кровлю разработаны типовые треугольные фермы с уклоном верхнего пояса 28,8% (примерно 1/3,5).

Промежуточное положение между треугольными фермами и фермами с параллельными поясами занимают трапециевидные фермы (рис. 24, г). Их очертание лучше соответствует эпюре изгибающих моментов, поэтому усилия по длине поясов распре­деляются более равномерно и, следовательно, материал поясов постоянного сечения используется  рациональнее.

Трапециевидные фермы в отличие от треугольных имеют на  опорах достаточную высоту, что позволяет осуществлять жесткое сопряжение с колон­нами. Такие фермы могут применяться в покрытиях производственных зданий индивидуального проектирования. Уклон верхнего пояса принимается равным 1/8, 1/10 и 1/12.

Рис. 25. Схемы типовых стропильных ферм:

а – фермы из уголков по серии 1.460-2 и 1.460-4; б – фермы из круглых труб по серии 1.460-5

Рис. 26.  Схемы типовых треугольных стропильных ферм

по серии ПК 01-130/66

2. Генеральные размеры стропильных ферм

Первый генеральный размер фермы — ее пролет — опреде­ляется назначением производственного здания, его общей компо­новкой. В целях унификации зданий и ферм обычно пролет фермы принимается кратным модулю 6 метров, т. е. 18, 24, 30, 36 метров. В некоторых случаях при индивидуальном проектировании допол­нительно к этим основным пролетам могут быть приняты пролеты, кратные модулю 3 метров, т. е. 21, 27, 33 метров.

Второй генеральный размер — высота фермы в середине про­лета— должен назначаться с учетом экономических соображе­ний, жесткости фермы и условий ее перевозки.

С ростом высоты фермы усилия в ее поясах уменьшаются и, следовательно, сокращается расход стали на них, но расход стали на элементы решетки при этом увеличивается, так как растет их длина. Значит, имеется такая высота фермы, при которой общий расход стали получается наименьшим. Эта высота фермы назы­вается  оптимальной по расходу стали.

Оптимальная высота фермы получается довольно большой. Так, для ферм с параллельными поясами и близких к ним трапециевидных ферм оптимальная высота определяется по формуле:

hopt = (1/4÷1/6) l  (6)

Причем с ростом пролета фермы l относительная высота hорt//l уменьшается. Такая большая высота стропильных ферм нецеле­сообразна по нескольким соображениям. Во-первых, с ростом вы­соты ферм увеличивается отапливаемый объем здания и, следовательно, растут эксплуатационные расходы, увеличивается также высота стен, что удорожает здание. Во - вторых, фермы большой высоты неудобны по условиям их перевозки и монтажа.

Высота  грузов,  перевозимых  по железной  дороге,  не должна превышать 3,85—4 м  (в зависимости от вида платформы). Если полная высота фермы со всеми выступающими частями не вписывается в этот габарит, то ее приходится перевозить отдельными элементами  (россыпью), а затем собирать на строительной  пло­щадке. Это значительно увеличивает сроки строительства  и требует больших дополнительных затрат труда и средств.

Учитывая эти соображения, высоту ферм назначают несколько меньше оптимальной. Для ферм с параллельными поясами и трапециевидных ферм обычно принимают:

h = (1/7÷1/10) l,  (7)

при этом для больших пролетов назначается меньшая относительная высота. При такой высоте фермы пролетом до 36 м, расчлененные по длине на две отправочные марки, могут перевозиться по железной дороге. На строительной площадке перед монтажом ферм остается лишь произвести их сборку из двух полуферм.

Высота типовых стропильных  ферм  из  уголков  с  параллельными поясами принята единой для пролетов 18, 24, 30, 36 м и равной 3150 мм.

Это значительно упрощает массовое изготовление ферм, так как они могут выполняться на заводе в кон­дукторе одной высоты.

В многопролетных зданиях с разными пролетами при единой высоте ферм упрощается конструкция опирания ферм на колонны и подстропильные  фермы.  Разработаны также типовые фермы пролетом 18 метров  с высотой 2250  мм.  Они применяются, если здание компонуется только из пролетов  18 м. Для типовых ферм из труб пролетами 18, 24 и 30 м принята единая высота на опоре, равная 2900 мм.