Конструкция и расчет стропильных ферм
Пролет фермы устанавливается техническим заданием и увязывается с компоновкой конструктивной схемы каркаса. Высотой фермы задаются из учёта минимального расхода стали, требований жесткости, транспортабельности. При этом необходимо учитывать эксплуатационные затраты на отопление здания, антикоррозионную обработку, а также изготовление и монтаж.
Минимальную высоту ферм с параллельными поясами и трапециевидных подбирают из условия жесткости по формуле:
— предельно допустимый относительный прогиб фермы;
— Максимальное напряжение в поясе ферм;
— постоянная и временная нагрузки;
— Коэфифиенты надежности по нагрузке;
Что бы убрать большой прогиб ферм, его компенсируют строительным подъемом, т.е. фермы изготавливают с обратным выгибом.
Решетку ферм проектируют треугольную, треугольную с дополнительными стойками, подкосную, шпренгельную, реже – крестовую и ромбическую.
Оптимальный угол наклона для треугольной решетки – 45°, для подкосной – 35°. Широкое применение в производственных зданиях находят унифицированные конструкции ферм. Это повышает индустриальность и качество изготовления, снижает сроки проектирования, изготовления и строительства.
Фермы из парных уголков и тавров
В каркасах производственных зданий фермы из парных уголков чаще проектируют с параллельными поясами и трапецеидального очертания. По ним укладывается легкое покрытие по прогонам или железобетонным плитам. Треугольные фермы применяются в одно пролетных неотапливаемых складских помещениях с кровлей из асбоцементных листов. Схемы унифицированных стропильных и подстропильных ферм с уклоном кровли 2,5 % показаны на рис.
Основными нагрузками на стропильную ферму являются постоянная и снеговая. Дополнительными могут быть нагрузки от подвесного кранового оборудования и иные технологические нагрузки. В бесфонарных зданиях снег равномерно распределен по покрытию.
При наличии фонарей следует рассматривать варианты снегового загружения по СП 20.13330:2016 «Нагрузки и воздействия». Если ферма жестко крепится к колонне, то дополнительной нагрузкой будет изгибающий момент и поперечная сила от эффекта защемления. Нагрузки следует прикладывать в узлы стропильных ферм или вводить для их восприятия дополнительные элементы (подвески, шпренгели и т. п.)
Подбор сечений стержней ферм
Конструкция и расчет стропильных ферм из уголков рассчитывают как простую шарнирно-стержневую систему. При расчете рамы с помощью программных комплексов (ПК Лира-САПР, SCad и др.) она может быть включена в состав расчетной схемы, и усилия в элементах фермы можно получить в процессе расчета рамы.
Требования по подбору сечения стержней фермы:
- напряжения в стержнях, не должны превышать расчетные сопротивления материала;
- гибкость не должна превышать предельных значений для соответствующих элементов;
- степень запаса прочности не более 10%
При подборе следует стремиться к повышению устойчивости растянутого нижнего пояса из плоскости фермы, необходимой в процессе монтажа, а также к равноустойчивости сжатых стержней в плоскости и из плоскости фермы. С учетом этих замечаний рекомендуются следующие типы сечений элементов фермы из спаренных уголков:
Толщину фасонок ферм необходимо принимать по величине расчетного усилия в опорном раскосе Np в соответствии с рекомендациями данными в таблице:
Предварительно необходимо определить для каждого элемента фермы расчётные длины и усилия. Расчётные длины в плоскости фермы lx принимаются:
lx = l — для поясов, опорных раскосов и опорных стоек;
lx = 0.8l — для прочих элементов решётки;
l — расстояние между центрами узлов.
Расчётные длины из плоскости фермы (в направлении, перпендикулярном плоскости фермы) ly – расстояние между узлами, закрепленными от смещения из плоскости фермы связями, плитами покрытия, распорками и другими жёсткими элементами.
Растянутые элементы
Сечения растянутых стержней определяют из условия прочности:
Aтр — требуемая площадь сечения;
Ry — расчетное сопротивление стали по пределу текучести;
γc = 1 — за исключением случаев, оговоренных в табл. П.4.10
По найденному значению Aтр принимаем сечение по сортаменту, у которого общая площадь сечения A больше требуемой, но без лишнего запаса.
Сжатые элементы
Сечения сжатых стержней определяют из условий устойчивости, предварительно задавшись гибкостью λзад = 70–100 и соответствующим ей коэффициентом продольного изгиба ϕ зад = 0,8–0,6. При этих предположениях находятся требуемые значения:
По сортаменту подбирается сечение, у которого A ≈Aтр, и ix,y ≈iтр, x y,
где , ix y – радиусы инерции сечения относительно осей х — x или у — y .
Определяется гибкость принятого сечения стержня в плоскости и из плоскости фермы:
По наибольшей из них находится φ (табл. П.4.2) и проверяется устойчивость:
Если запас велик, необходимо уменьшить сечение; если устойчивость не обеспечена, сечение необходимо увеличить и снова произвести проверку.
Сечения слабосжатых стержней (усилие менее ± 50 кН) подбираем по гибкости. Для этого по таблице устанавливаем предельную гибкость стержня [λ] и определяем требуемый радиус инерции:
По сортаменту принимаем сечение, у которого:
Предельные гибкости [λ] стержней фермы
Результаты подбора сечений приводятся в табличной форме. Пример составления ее приведен в таблице ниже. В соответствии с расчетной схемой фиксируются стержни каждого элемента и расчетные усилия, полученные в процессе статического расчета. Ввиду симметрии фермы достаточно представить подбор сечений для половины фермы, т. к. вторая половина будет такая же.Подбор сечений стержней фермы
Пример расчета фермы 24м из парных уголков, можно посмотреть на этой странице http://spacecad.ru/ferma-24m/