Основные вопросы компоновки, расчета и конструирования ферм изложены в гл. 7 первого тома. Здесь рассмотрены только вопросы, связанные с применением ферм в покрытиях одноэтажных зданий.
Схемы ферм зависят от технологических условий производства, конструкции кровли и технико-экономических соображений. Эти факторы определяют длину пролета, очертание верхнего пояса, высоту фермы, способ водоотвода, уклон и т.д.
При малоуклонных кровлях применяют фермы трапециевидного очертания (уклон i = 1/8...1/12) и с параллельными поясами (уклон 2,5% создается за счет строительного подъема). Малоуклонную кровлю защищают тонким слоем гравия на битумной мастике, что повышает ее долговечность и огнестойкость (на скатных кровлях этот слой держаться не может). Приведенные затраты на покрытие по фермам с параллельными поясами получается 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 принимают на основании технико-экономического анализа. При этом необходимо учитывать не только затраты на
135
изготовление и монтаж ферм, но и стоимость стенового ограждения в пределах высоты ферм, а также эксплуатационные затраты на отопление лишнего объема здания. В этом смысле полезно размещать внутрицеховые коммуникации в пределах межферменного пространства. По условиям транспортировки высота конструкций не должна превышать 3,85 м. Доставка конструкций "россыпью" может оказаться целесообразной лишь при возведении здания в отдаленных районах.
Высота ферм на опоре h0 зависит от типа сопряжения ригеля с колонной. При жестком сопряжении эта высота должна быть не меньше (1/13...1/17)l. При шарнирном сопряжении для пролетов до 36 м эту высоту обычно принимают 3150 мм, что позволяет собирать фермы, независимо от пролета, в едином кондукторе и унифицировать узлы. При пролетах 18 и 24 м и легких покрытиях применяют также фермы пониженной высоты 2250 мм. Уклон кровли в названных фермах составляет 1,5%.
Решетку стропильных ферм проектируют обычно треугольной с дополнительными стойками. С учетом размеров типовых кровельных плит размер панели верхнего пояса назначают 3 м. В отечественной практике традиционно применяют фермы с восходящим опорным раскосом. В зарубежной практике в основном используются фермы с нисходящим опорным раскосом и опиранием ферм в уровне верхнего пояса (рис. 7.18, б [1]). В последние годы фермы с нисходящим опорным раскосом стали применять и в нашей стране. 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.
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 составляет 1,5 м.
Типы сечения ферм покрытий рассмотрены в гл. 7 [1] (с. 414, 415).
Для обеспечения транспортировки фермы разбивают на отправочные марки. Длина отправочных марок зависит от вида транспорта и условий транспортировки. Обычно фермы пролетом до 18 м перевозят целиком. При больших пролетах их разбивают на 2 или 3 отправочных марки.
Укрупнительную сборку отправочных марок на монтаже осуществляют на сварке или высокопрочных болтах (см. с. 436 [1])
Особенности расчета и конструирования стропильных ферм. 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
136
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 принимают, как правило, равномерно распределенными, их значения можно определить с помощью табл. П4.2. Нагрузки от бортовых стенок фонаря и остекления учитывают в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах опирания крайних стоек фонаря. Вес остекления при этом можно принять равным 0,35 кН на 1 м2 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).
Расчетное значение снеговой нагрузки определяют по формуле:
s = s0γfs μ(2.49)
Значение коэффициента γfs принимают равным 1,4. Если отношение нормативного веса покрытия gn к нормативной снеговой нагрузке S0 меньше 0,8, то γfs = 1,6.
Коэффициент μ учитывает неравномерное распределение снега по покрытию и возможность образования вследствие переноса снега снеговых мешков у перепадов высот и зависит от конфигурации кровли (рис. 2.42).
Рис. 2.42. К определению снеговых нагрузок
Для зданий без фонарей и перепадов высот при угле наклона кровли α ≤ 25° μ = 1,0, при α ≥ 60° μ = 0 в интервале 25° < α < 60° значения μ определяют линейной интерполяцией.
137
Если здание имеет двускатное покрытие с углом наклона 20° ≤ α ≤ 30°, то учитывается и второй вариант загружения снегом (рис. 2.42, а).
Для зданий с фонарями (рис. 2.42 , б) рассматривают два варианта загружения снегом, а коэффициенты μ определяют по формулам:
μ2 = 1 + 0,1
; μ3 = 1 + 0,5
.(2.50)
Значения μ3 при этом не должны превышать: для ферм и балок при нормативной нагрузке от покрытия более 1,5 кН/м2 - 2,5; то же, при нормативной нагрузке покрытия менее 1,5 кН/м2 - 4; для профилированного настила - 2; для прогонов - 2,5. Значение b1 принимают равным высоте фонаря h1, но более b.
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 нормах [6]. 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, слабонагруженные растянутые элементы, имеющие большую гибкость, окажутся сжатыми.
Расчетные узловые силы на ферму от постоянных и снеговых нагрузок определяют в соответствии с указаниями гл. 7[1].
Нагрузка от ветра вызывает в элементах фермы, как правило, усилия противоположного знака по сравнению с усилиями от веса покрытия и снега. Поэтому при расчете ферм ветровую нагрузку следует учитывать только в том случае, если ее значение превышает вес покрытия (при легких кровлях и в районах с повышенной ветровой нагрузкой).
Нагрузки на стропильную ферму от подвесных кранов следует определять по линиям влияния опорной реакции балки кранового пути, размещая краны невыгоднейшим способом, аналогично тому, как мы это делали для определения крановых нагрузок на колонну (п. 2.2.2), т.е. расчетная узловая нагрузка на ферму F = ψ ∑ Fni yiγfk, где Fni - нормативное давление на каретку крана; уi - ордината линии влияния; γf = 1,1 - коэффициент
138
надежности по нагрузке: ψ - коэффициент сочетания (при расчете на два крана режима работы 1К - 5Кψ = 0,85); k = 1,1 - коэффициент динамичности для нагрузок от подвесных кранов.
Для получения наибольших усилий в элементах фермы нужно рассмотреть несколько схем загружения с размещением тележки крана с грузом над каждым крановым путем. Поясним это на примере.
Пример 2.10. Определить узловые нагрузки на стропильную ферму от двух подвесных кранов грузоподъемностью 3,2 т. Пролет ферм l =24 м, шаг b = 6 м. Балки кранового пути разрезные. Кран трехопорный (2 пролета по 9 м и консоли - 1,5 м).
По табл. П3.2 масса крана 2,66 т, тележки - 0,47 т, максимальное давление на каретку - Fkn = 22,8 кН, база крана Аcr = 600 мм, ширина крана B = 1460 мм.
Линия влияния усилия, приложенного к ферме, и схема загружения показаны на рис. 2.43, а. Максимальное усилие на ферму Fkmax = 0,85 7#183; 22,8 · 3,52 · 1,1 · 1,1 = 82,5 кН, где ∑yi = 3,52. Это усилие действует в узле крепления кранового пути, под которым расположены тележки с грузами.
На других путях давление на каретку будет только от веса моста. При трехопорном кране давление от веса моста на крайний путь составляет
на средний
F2k =
Lcr = 2,66 · 9,8
