Горизонтальные нагрузки

Расчёт и конструирование стропильной фермы

Компоновка конструктивной схемы

Выбор геометрической схемы и назначение генеральных размеров фермы

· В данном проекте используются типовые геометрические схемы стропильных ферм (рис. 5.1). В качестве типовых предлагаются фермы с параллельными поясами и треугольной решеткой с дополнительными стойками. Для повышения устойчивости опорных раскосов предусматриваются дополнительные шпренгельные элементы (подкосы).

· Уклон кровли i = 1,5 % создаётся за счет строительного подъема.

4 Устройство строительного подъёма – это изготовление ферм с обратным выгибом. Под действием нагрузки выгиб погашается, и ферма принимает проектное положение (заданный уклон).

· Размер панели верхнего пояса d = 3 м.

· Привязка ферм к продольной разбивочной оси b = 200 мм (п. 1.3.2.).

· Высота ферм на опоре по наружным граням поясов H_ф = 2250 мм (при пролёте 24 м, см. рис. 5.1.).

Типы поперечных сечений элементов фермы

· Элементы поясов и решетки фермы выполняются из парных равнополочных уголков.

4 Фермы с тавровыми сечениями из двух уголков разработаны более 100 лет назад и в настоящее время наиболее часто применяются в строительстве. Эти фермы являются весьма тяжелыми и трудоёмкими, они легко подвергаются коррозии.

4 Кроме традиционных, существуют новые конструктивные решения ферм из эффективных профилей, однако пока они не получили широкого распространения из-за сложности изготовления. Например, в фермах с поясами из широкополочных тавров приходится устраивать пересечения сварных швов, а в фермах из круглых труб существуют сложности в обрезке кромок.

Монтажные стыки

Для удобства транспортировки фермы разбивают на отправочные элементы длиной не более 18 м. При пролёте до 18 м фермы обычно транспортируют целиком, при большем пролёте – в виде двух отправочных элементов. Посередине пролёта устраивается монтажный стык.

Расчётная схема фермы

· Соединение стержней в узлах считается шарнирным (рис. 5.2). Если нагрузка приложена к узлам, то в стержнях будут действовать только продольные усилия.

· Расчётная высота фермы h₀ – это расстояние между осями поясов. Приняв сумму привязок осей поясов к внешним граням z = 100 мм, получим

h₀ = Н_ф – z = 2250 – 100 = 2150 мм.

· Уклоном фермы i = 0,015 пренебрегаем.

· Геометрические длины раскосов и углы их наклона к горизонту:

4 опорный раскос: ;

; ; .

4 типовые раскосы: ;

.

4 длина дополнительного раскоса:

4 свободная длина опорного раскоса: .

подкос

Рис. 5.1. Типовые унифицированные геометрические схемы стропильных ферм.

Рис. 5.2. Расчётная схема фермы.

Сбор нагрузок на ферму

Вертикальные нагрузки

· К вертикальным нагрузкам на ферму относятся постоянная и снеговая. Постоянной является нагрузка от собственного веса несущих и ограждающих конструкций покрытия (включая вес фермы и элементов связей).

· Расчётные значения линейных равномерно распределённых нагрузок на ригель рамы определены в п. 2.3.1. и 2.4. Эта нагрузка передается на раму через прогоны и может быть представлена в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах (рис. 5.3,а). Величина узловых сил определяется сбором линейной нагрузки по длине панели d = 3 м.

· Узловые силы от постоянной нагрузки g = 19,27 кН/м:

P_g = g×d = 19,27×3 = 57,81 кН.

· Узловые силы от снеговой нагрузки s = 15,96 кН/м:

P_s = s×d = 15,96×3 = 47,88 кН.

· Узловые силы P₀ = P/2, действующие в крайних точках фермы, в расчёте учитывать не будем, потому что они приложены непосредственно к колоннам.

Горизонтальные нагрузки

· Стропильная ферма работает в качестве ригеля в составе поперечной рамы каркаса здания, и в нем возникают внутренние усилия:

4 продольные силы N (их называют усилия от распора рамы) – возникают как при шарнирном, так и при жестком сопряжении ригеля с колонной;

4 изгибающие моменты М (их называют рамные моменты) – возникают только в случае жесткого сопряжения.

Рис. 5.3.

Нагрузки на ферму: а – вертикальные (постоянная, снеговая); б – усилия от распора рамы; в – усилия от рамных моментов при жёстком узле сопряжения.

· Расчётные комбинации указанных внутренних усилий определяются при наиболее неблагоприятных сочетаниях нагрузок. В случае действия этих нагрузок искомые усилия принимают наибольшие значения. Усилия от распора рамы принимаются по значениям продольных сил в ригеле (рис. 5.3,б); рамные моменты определяются в сечении 1-1 колонны (рис. 5,3,в).

· Если в комбинации участвует несколько кратковременных нагрузок, их следует брать с коэффициентом сочетаний ψ = 0,9. Расчётные комбинации внутренних усилий в левом и правом сечениях ригеля приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.