Header image alt text

СИП

САЙТ ИНЖЕНЕРА-ПРОЕКТИРОВЩИКА

Компоновка фермы

Вернуться на страницу «Фермы металлические»

Компоновка конструктивной схемы фермы

Компоновка конструктивной схемы фермы включает выбор очертания поясов, схемы решетки и генеральных размеров конструкции.Решение этих вопросов выполняется с учетом функционального назначения зданий и требованиями их архитектурной выразительности.

Очертания поясов принимаются в зависимости от типа кровли, которая требует определенного наклона, уровня рациональности статической схемы,связанной с максимальным приближением конструктивной формы к эпюре изгибающих моментов соответствующей балочной системы, а так же типа соединения фермы с опорой.

Для кровель из асбестоцементных волнистых листов, черепицы,стального профилированного настила необходим значительный уклон(До 20%), что вызывает необходимость применения треугольных ферм(Рис. 1.2, а), шедовых покрытий (рис. 1.2, б) или использования односкатных решений (рис. 1.2, в).

При необходимости устройства кровель с уклоном 5 — 10% предпочтение следует отдавать трапецеидальным фермам (рис. 1.2, г).

Для больших пролетов эффективными являются полигональные фермы (рис. 1.2, д).

При рулонных и мастичных кровлях с уклоном 1,5 — 5% — рациональные фермы с параллельными поясами (рис. 1.2, е).

Треугольные стропильные фермы отличаются крутым размещением верхних поясов, что существенно усложняет конструирование опорного узла, значительными длинами стержней, особенно в средней части,большим объемом пространства между поясами ферм, увеличивает эксплуатационные расходы (в частности, на отопление и вентиляцию дополнительного объема здания). Треугольные очертания ферм более рационально используют в шедовых покрытиях, в которых несущая конструкция однократно выполняет функцию свето-аэрационного фонаря, обеспечивая равномерное освещение внутренних помещений со стороны одного из уклонов.

Очертания ферм

Рис. 1.2. Очертания ферм:

а — треугольные фермы; б — шедовые покрытия; в — односкатные фермы; г — трапецеидальные фермы; д — полигональные фермы; е — фермы с параллельными покрытиями

Сегментные (полигональные) фермы устанавливают сверху на оголовок колонны, что соответствует шарнирному опиранию на опору.Другие фермы, имеющие значительную высоту на опорах, могут быть закреплены как сверху, так и сбоку, что позволяет повышать поперечную жесткость здания и образовывать жесткие рамные узлы.

Трапецеидальные и полигональные фермы по своей форме в наибольшей степени соответствуют очертаниям эпюр изгибающих моментов. При большом количестве переломов верхнего пояса можно достичь одинаковых поперечных сечений элементов поясов, что снижает расходы стали на конструкцию. Однако такие фермы применяют при больших пролетах и ​​при больших нагрузках, а в этих случаях по конструктивным соображениям (с учетом условий транспортировки) фермы изготавливаются поэлементно.

Размещение монтажных стыков в узлах, снижает заводскую готовность конструкции. Трапецеидальные фермы также применяют в покрытиях зданий, однако они менее технологичны (элементы этих ферм имеют различные длины), чем фермы с параллельными поясами, для которых характерные одинаковые длины элементов поясов и решетки,повторяемость деталей, возможность унификации схем и индустриализации их изготовления. Поэтому в последнее время они получили наибольшее распространение. Именно для этих схем разработаны типовые решения, которые отличаются по нагрузкам,пролетами и типами сечений элементов.

Схемы решетки ферм имеют существенное влияние на массу и трудоемкость изготовления, а также определяют условия работы элементов поясов. Треугольная решетка (рис. 1.3, а) имеет наименьшую суммарную длину и наименьшее количество узлов, но длины панелей поясов (расстояния между узлами примыкания раскосов) при этом являются крупнейшими, что не рационально, особенно для сжатых стержней. Такая решетка (рис. 1.3, б) позволяет уменьшить длины панелей, но при этом растет количество узлов и суммарная длина раскосов и стоек. Поэтому в практике получила распространение схема, объединяющая преимущества обоих типов решетки -треугольная решетка с дополнительными стойками (рис. 1.3, в), которая уменьшает длины сжатых панелей и создает дополнительный узел пояса для возможного опирания на него несущего элемента кровли.Дополнительные стойки хотя и увеличивают несколько массу фермы (однако их сечения небольшие, потому что они воспринимают только местные нагрузки) по сравнению с треугольной решеткой.

 Схемы решеток

Рис. 1.3. Схемы решеток:

а — треугольная; б — раскосная; в — треугольная с дополнительными стойками; г — шпренгельных; д — ромбическая; е — полураскосная; ж — крестовая; с, и — крепление элементов решетки (1 — узловая фасонка)

Направление размещения раскосов в различных типах решеток играет определенную роль. Если первый от опоры раскос (он называется опорным, так непосредственно воспринимает опорную реакцию балочной фермы) направлен снизу вверх, то есть восходящим, то он работает на сжатие, а если наоборот, то есть нисходящим с опиранием фермы на опору в уровне верхнего пояса, то — на растяжение.

При переменном облике поясов, при выборе направления опорных раскосов, принимаются во внимание еще и длины диагоналей в каждой панели. Так для трапецеидальных ферм рационально использовать нисходящие опорные раскосы, потому что в этом случае они имеют меньшую длину.

Для ферм с параллельными поясами направление опорных раскосов не имеет существенного значения (исследования показывают, что незначительную (До 3 — 5%) экономию стали можно достичь, используя нисходящие раскосы). С целью унификации конструктивных решений в типичных фермах используют восходящие раскосы.

Раскосная решетка применяется в треугольных фермах.Как правило, первые от опоры раскосы выполняются нисходящими,потому что они работают на сжатие и обеспечивают удобство конструирования опорных узлов при меньших собственных длинах.

Шпренгельных решетка (рис. 1.3, г) используется в случае необходимости уменьшения длин панелей в фермах большой высоты,а также для исключения местного изгиба.

Ромбическая (рис. 1.3, д) и раскосная (рис. 1.3, е) решетки обеспечивают большую жесткость фермы и являются рациональными при больших поперечных силах, такие типы решеток применяют в башнях, мачтах, мостах и ​​редко в многопролетных покрытиях.

Крестовая решетка (рис. 1.3, ж) применяется в фермах,элементы которых воспринимают знакопеременные усилия от нагрузок,действующих с разных сторон, например, в связевых системах покрытий,мостах, высотных зданиях, в пространственных фермах башен и мачт.

При этом считают, что от приложенного с одной из сторон нагрузки работают только растянутые стержни, а сжатые исключаются из работы. Если действие нагрузки происходит с противоположной стороны, то сохраняется тот же принцип, только раскосы меняются местами.

Размеры панелей фермы определяются при выборе схемы решетки и согласуются с шагом несущих элементов кровли для того, чтобы нагрузки от нее были приложены в узлах. Как несущие элементы кровли, рассматривают ребра железобетонных плит или прогоны, расстояния между которыми (длина панели), как правило,равны 1,5 и 3 м.

Оптимальный угол наклона раскосов к поясам определяется по условиям наименьших затрат материала решетки и зависит от ее типа: при треугольной составляет 45 °, раскосной — 35 °.

По конструктивным соображениям угол наклона берут близкимдо 45 °, так как при малых углах узловая фасонка, к которой крепятся раскосы в узлах ферм, оказывается слишком вытянутой в ширину,а при больших углах, слишком высокой (рис. 1.3, с, е).

При соответствующем обосновании допускается опирание прогонов и плит покрытия между узлами. В этих случаях пояс фермы работает еще и на изгиб, что необходимо учитывать при расчетах и конструировании. Если применяется легкая кровля, то можно использовать разреженную схему решетки, сократив количество ее элементов, но следует принимать во внимание тот факт, что такие фермы имеют повышенную деформативность.