|
1. Общие сведения. Фермой
называется стержневая система, концы стержней которой соединены в узлах и
составляют геометрически неизменяемую систему. При расчете обычно принимают,
что все стержни в узлах соединены шарнирно. Нагрузка к ферме, как правило,
прикладывается в узлах. В этом случае стержни ферм испытывают только осевые
усилия растяжения или сжатия. Плиты шириной 1,5 м или прогоны иногда опирают на верхний пояс не только в узлах, но и между узлами; это вызывает в
верхнем поясе дополнительный момент от местного изгиба, который приводит к
утяжелению ферм на 4—5%, поэтому при конструировании ферм стремятся избежать
внеузловой нагрузки.
Расстояние между опорами фермы называется пролетом I, а
стержни, ограничивающие контур фермы сверху и снизу,— верхними и нижними
поясами. Расстояние между центрами тяжести сечений поясов называется высотой.
Вертикальные стержни внутри контура фермы называются стойками, а наклонные —
раскосами. Стойки и раскосы вместе образуют решетку. Расстояние между
соседними узлами нояса называется панелью d ( 10. 1).
2. Типы стропильных ферм. Стропильные фермы служат для
поддержания конструкций кровли. Стропильные фермы обычно опирают на
железобетонные или металлические колонны, но могут быть оперты на кирпичные
стены или на подстропильные фермы (см. 10.3).
Стропильные фермы можно классифицировать по нескольким
признакам: а) по конструктивному оформлению; б) по очертанию поясов; в) по
типу решетки; г) по статической схеме.
По конструктивному оформлению фермы бывают: легкие — имеют
в узлах одну фасонку (одностенчатые) и тяжелые — имеют в узлах два фасонных
листа (двух- стенчатые). Тяжелые фермы применяют в большепролетных зданиях
(ангары, авиасборочные цехи и т. д.). Далее будут рассматриваться только
легкие фермы.
Выбор очертания поясов стропильных ферм зависит от размера
перекрываемого пролета; нагрузки и конструкции кровли. Последнее — наиболее
существенно. Материал кровли определяет уклон верхнего пояса стропильных
ферм. Чаще всего в промышленном строительстве применяют фермы с параллельными
поясами (при плоских кровлях) и трапециевидные (при кровлях из
асбестоцементных или стальных листов), а в гражданском строительстве, кроме
того, еще и треугольные.
Систем решетки существует очень много, основные виды их
приведены на 10. 2. Решетки всех типов можно применять при любых очертаниях
поясов. Для стропильных ферм с параллельными и трапециевидными поясами
наиболее рациональна треугольная решетка с дополнительными стойками. Это
объясняется тем, что длина се зигзага и число узлов меньше, чем у раскосной.
Широко применяется в стропильных фермах решетка со шпренгелями, при которой
исключается работа верхнего пояса на местный изгиб. Длина панели верхнего
пояса d зависит от конструкции кровли. В покрытиях со стандартными
железобетонными или другими илитами длина панели принята равной их ширине d =
3 м, а при кровле из асбестоцементных волнистых листов d=l,5 м. Оптимальный угол
наклона раскосов около 45е. Фасонки при больших (или малых) углах получаются
очень длинными, поэтому не рекомендуется проектировать раскосы (а также
элементы связей) с наклоном меньше, чем 1:2 (и круче, чем 2:1). Используя
шпренгели, даже высокие фермы удается конструировать так, что углы наклона их
раскосов близки к оптимальному ( 10. 2, в).
Для стропильных ферм обычно применяют балочную разрезную
схему и сравнительно редко — неразрезную н консольную. В промышленных зданиях
стропильные фермы часто работают как ригели рамных систем.
В элементах треугольных ферм все закономерности обратные:
усилия в поясах увеличиваются к опоре, усилия в элементах решетки к опорам
уменьшаются, нисходящие раскосы сжаты, а восходящие растянуты.
В треугольных фермах с пониженным поясом усилия в поясах
меняются мало, решетка работает слабо, нисходящие раскосы растянуты около
опор и сжаты в середине пролета.
В параболических (сегментных) фермах усилия в поясах
практически постоянны по длине пролета, а решетка от равномерной нагрузки не
работает.
Для всех очертаний балочных разрезных ферм верхний пояс
всегда сжат, а нижний всегда растянут. В неразрезных и консольных фермах и
ригелях рамных систем в поясах около опор знаки усилий обратные (вследствие
опорных моментов).
Наиболее невыгодное распределение усилий наблюдается в
треугольной ферме. Поэтому ее применяют только в случаях, когда кровлю
устраивают из материала, требующего крутого ската. Параболическое очертание
теоретически наиболее выгодно (так как усилия в поясах постоянны). Но криволииейность
верхнего пояса резко увеличивает трудоемкость изготовления, поэтому для
металлических стропильных ферм это очертание применяется редко и только прй
больших пролетах. Трапециевидная ферма, ферма с параллельными поясами и
треугольная ферма с пониженным нижним поясом по рациональности распределения
усилий в их элементах примерно равноценны.
Закономерности распределения усилий в фермах рекомендуется
твердо запомнить.
4. Подстропильные фермы служат для опирания
промежуточных стропильных ферм при шаге их меньше шага колонн Пролет
подстропильных ферм равен шагу колонн. Эти фермы одновременно выполняют роль
продольных вертикальных связей между колоннами (или стропильными фермами),
поэтому их обычно проектируют с параллельными поясами. Высоту подстропильпых
ферм назначают в соответствии с высотой стропильной фермы на опоре ( 10. 3).
5. Генеральные размеры ферм — ее пролет и высота.
Пролеты ферм обычно назначаются технологами и принимаются кратными модулю 6,
т. е. 24, 30, 36, 42 м и т. д. Так же, как для балок, для ферм существует
оптимальная высота, при которой вес фермы будет минимальным. Но на практике
высоту фермы в середине пролета принимают меньше оптимальной, чтобы ферма
легко перевозилась. Обычно высоту трапециевидных ферм и ферм с параллельными
поясами принимают в пределах 1/6—1/12 пролета, что позволяет разбить ферму на
две (редко на три) отправочные марки, вписывающиеся в габарит (см. гл. 8, §
3, п. 6). В типовых фермах с параллельными поясами высота на опоре по обушкам
уголков принята 3150 мм, а полная высота на опоре — 3300 мм для всех пролетов от 18 до 36 м. Это обеспечивает стандартность деталей креплений.
Высота треугольных ферм обычно диктуется уклоном кровли,
под которую, она проектируется. Обычно ее назначают в пределах 1/2—1/4
пролета.
|