Строительные конструкции

Раздел: Строительство

1.         План расчета. В большинстве случаев может быть принят следующий план расчета: а) сбор нагрузок; б) построение диаграммы Кремоны от единичных узловых нагрузок по всему пролету; в) определение расчетных усилий во всех элементах фермы; г) подбор поперечных сечений растянутых и сжатых элементов; д) окончательный расчет элементов фермы; е) расчет сварных швов в прикреплениях элементов решетки к фа- сонкам и фасонок к поясам; ж) расчет стыков и опорного узла.

Иногда необходимо еще построить диаграммы Кремоны и учесть усилия от опорного момента, ветровой нагрузки и временной нагрузки на половине пролета.

Все расчеты рекомендуется вести в табличной форме.

2.         Расчетная схема. При определении усилий считают, что все стержни соединены в узлах шарнирно. В действительности же соединение жесткое, но если соотношение высоты сечения стержня к его длине Л//< 1/15, то дополнительные напряжения, вызываемые жесткостью узлов, невелики и их можно не учитывать.

Чтобы работа фермы соответствовала ее теоретической схеме, следует следить за тем, чтобы оси всех элементов фермы пересекались в центре узла.

Усилия в элементах ферм можно определять аналитически и графически. Аналитический метод (сечений или вырезания узлов) удобен, когда необходимо определить усилия в одном или немногих элементах. Если необходимо определить усилия во всех стержнях фермы, то проще всего построить диаграмму Кремоны.

3.         Нагрузки. Постоянная нагрузка состоит из собственного веса фермы, связей между фермами, веса вышележащих конструкций покрытия, а также веса фонаря и подвесного потолка. К временным нагрузкам относятся вес снега и подвесного подъемно-транспортного оборудования, а также нагрузки чердачных помещений. При крутых и легких кровлях необходимо учитывать еще ветровую нагрузку. Если покрытие располо- жемо вблизи интенсивных источников пылевыделения, учитывают и нагрузку от пыли.

Сначала определяют постоянную и временную нагрузки на 1 м2 покрытия, затем вычисляют грузовую площадь, приходящуюся на один узел, после чего находят сосредоточенную силу, действующую на каждый узел фермы. При крутых уклонах кровли (i>l:8) нагрузку от веса кровли следует принимать q'—q/cos а, где а — угол наклона кровли.

Если все панели одинаковы, то узловые нагрузки во всех промежуточных узлах также одинаковы.

Нагрузка от собственной массы ферм считается приложенной к узлам верхнего пояса, если все остальные нагрузки прикладываются к этим узлам. Если кроме нагрузок по верхнему поясу есть нагрузки по нижнему поясу, то вес фермы распределяется пополам между узлами верхнего и нижнего поясов.

Снеговая нагрузка определяется по СНиП II-6-74 и зависит от района строительства. При плоской кровле узловую нагрузку от снега определяют по формуле р„ = 1,4adp",

где 1,4 — коэффициент перегрузки; р"— нормативная снеговая нагрузка иа 1 м2.

Обычную снеговую нагрузку можно принимать равномерно распределенной по длине пролета. Но в зданиях с фонарями образуются «снеговые мешки», нагрузка от которых является расчетной для плит покрытий, про- fOHOB И стоек фермы, расположенных непосредственно под мешками.

Положительную ветровую нагрузку на покрытие учитывают только при углах наклона верхнего пояса более 30°. Фермы под легкую кровлю должны быть проверены на ветровой отсос. Иногда фермы воспринимают нагрузки от подвесного транспорта.

Кроме перечисленных выше нагрузок, на фермы, входящие в состав бесшарнирных поперечных рам промышленных зданий, действуют опорные моменты (которые возникают при работе стропильной фермы как ригеля рамы). При шарнирном опиранин фермы па колонны опорный момент равен пулю. Усилии от опорного момента учитывают только в случае, если они догружают элемент.

При определении расчетных усилий от одновременного воздействия нескольких нагрузок должен учитываться коэффициент сочетания с (см. п. 1.8 СНиП II-6-74).

Если прогоны, плиты покрытия или подвесной транспорт опираются вне узлов, то пояса стропильной фермы кроме осевых усилий будут испытывать местный изгиб. Изгибающий момент в поясе от местного изгиба можно определить по формуле М— 0,9М0,

где Мо — балочный момент.

4. Расчетные длины сжатых стержней стропильных ферм. Сжатый элемент фермы может выпучиться как в плоскости, так и из плоскости фермы. Возможная деформация сжатого верхнего пояса в плоскости фермь1 показана на  10.6, а, а из плоскости фермы — на  10.6,6. Из рассмотрения этих рисунков видно, что расчетная длина верхнего пояса в плоскости фермы равна расстоянию между узлами (т. е. длине панели) /р —d, а из плоскости фермы Щ —расстоянию между точками пояса, закрепленными от смещения в горизонтальном направлении. Препятствовать такому смеще- чнию будут связи между фермами (см.§4гл. 11),прогоны, а при беспрогонном покрытии — ребра железобетонных плит (поэтому при отсутствии фонарей 1% =d, а под фонарями Щ =2d — см.  10.6,6).

Для остальных стоек и раскосов расчетная длина за- висит от типа сечения. Для элементов из двух уголков в плоскости фермы =0,8/геом, а из плоскости ферм Щ =/геом (коэффициент р=0,8 учитывает некоторое защемление концов сжатого стержня в узлах). В фермах из труб, если элементы крепятся друг к другу без сплющивания, —/д = Щ =0,9/геом.

5. Типы сечений элементов фермы. Сечения элементов стропильных ферм обычно составляют из двух прокатных или гнутых уголков, но могут быть и из одного уголка, из швеллеров, труб и гнутых тонкостенных профилей и т. д. ( 10.7). Фермы с сечениями элементов из одного уголка применяют в помещениях с агрессивной средой, так как они не имеют щелей и лучше окрашиваются. Самыми экономичными являются фермы из. замкнутых гнутых тонкостенных профилей и фермы из труб без фасонок. Поскольку радиусы инерции труб при одинаковом расходе материала много больше, чем у других сечений, поэтому гибкость h—loli меньше и коэффициент ф больше.

Положение полок уголков в сечении выбирают так, чтобы гибкости Кх и '/.у были по возможности близки (для равноустойчивости элемента). Для поясов расчетные длины в плоскости фермы и из плоскости 1% часто отличаются в 2 раза. Для соблюдения равноустойчивости необходимо, чтобы и радиусы инерции отличались бы приблизительно в 2 раза. Такому условию отвечает сечение из двух неравнополочных уголков, поставленных широкими полками врозь ( 10.7,6). При = Щ для поясов часто принимают сечение из двух равнополочных уголков ( 10.7,а).

Для опорных раскосов, у которых ^о = 'о> принимают сечение из дв.ух неравнополочных уголков, поставленных широкими полками вместе ( 10.7в), или из двух равнополочных уголков. Элементы решетки обычно осуществляют из двух равнополочных уголков.

Крестовое сечение из двух равнополочных уголков ( 10.7, г) имеет большой радиус инерции, но требует увеличенного расхода материала на планки; они применяются в основном для средних стоек, к которым крепят вертикальные связи. В растянутых элементах из двух уголков полки размещают так же, как в сжатых, так как при монтаже в них могут появиться сжимащие усилия.

6. Предварительный подбор сечений элементов фермы.

До подбора сечений надо выбрать толщину фасонок в зависимости от наибольшего усилия в стержнях решетки. При усилии до 25-104 Н толщину фасонки

принимают 8 мм, при усилии до 40-104Н—10 мм и при больших усилиях—12 мм и больше. Толщину фасонок но всех узлах принимают одинаковой {но при больших пролетах можно толщину опорной фасонки принимать на 2 мм больше, чем остальных).

Уголки калибром меньше 50X50X4 нельзя применять в элементах ферм—их легко погнуть при пере-' возке.

Чтобы уменьшить трудоемкость изготовления, пояса в фермах длиной до 24 м устраивают постоянного сечения. В фермах длиной 30 м и более околоопорные панели поясов иногда выполняют меньшим сечением, чем средние.

В фермах, шарнирно-соединенных с колоннами, в опорной панели, где усилие равно нулю, сечение пояса можно выполнять только из одного уголка. Этим достигается экономия металла до 5%.

При предварительном подборе требуемую площадь сечения растянутого элемента определяют по формуле FTp—NIR. Затем по сортаменту подбирают уголки, суммарная площадь которых немного отличается от требуемой площади в большую сторону (см. пример 6.1).

Подбор сечений для сжатых элементов ведется так же, как для колонн (см. пример 6.3).

Подбор сечений элементов решетки отличается следующими двумя особенностями. Гибкие элементы решетки легко погнуть при перевозке, поэтому если гибкость сжатого элемента более 60, необходимо вводить коэффициент условий работы т—0,8 (см. пример 6.3). Гибкость средних слаборастянутых раскосов должна быть не более 150 (как в сжатых элементах). Это связано с возможностью появления в этих элементах сжимающих усилий при загружении снегом половины пролета (см. пример 6.2).

7. Окончательный расчет элементов фермы. После предварительного подбора сечений для всех элементов фермы следует попытаться уменьшить число калибров уголков, применяемых в ферме. Для этого элементы, площадь подобранных сечений для которых близка, следует принять одинаковыми (по большему уголку). В одной ферме не рекомендуется принимать больше шести различных калибров уголков. Результаты расчетов записывают в таблицу (см.  10.3).