Схемы ферм

Выбор типа ферм зависит от технологических условий производства, конструкции кровли и технико-экономических соображений. Эти требования определяют длину проле­та, очертание верхнего пояса, высоту фермы, способ водоотвода, вели­чину уклона и т. д.

При рулонных кровлях применяют фермы трапециевидного очерта­ния (уклон i—¹k—¹/i2) и с параллельными поясами (уклон 1,5 % со­здается за счет строительного подъема) (рис. 13.11, а, б). Поэтому такое решение принято как типовое.

При устройстве холодных кровель из асбестоцементных, стальных или алюминиевых листов, когда требуется больший уклон, применяют треугольные фермы или двускатные с параллельными поясами

Для открылков, а также в многопролетных зданиях с наружным от­водом воды используют односкатные фермы

Высоту ферм в середине пролета Лф принимают на основе технико-экономического анализа с учетом условий перевозки.

Решетку стропильных ферм проектируют обычно треугольной с до­полнительными стойками. С учетом размеров типовых кровельных плит размер панели верхнего пояса принимается модульным, равным 3 м.

При частом расположении прогонов и ширине плит 1,5 м обычно при­меняют фермы со шпренгельной решеткой, чтобы исключить работу верхних поясов ферм на местный изгиб при внеузловой передаче на­грузки.

Для отапливаемых зданий, а также для неотапливаемых с железобе­тонными плитами основным типом стропильных конструкций являются фермы с параллельными поясами (уклон /=1,5 %). Высота ферм по наружным граням поясов принята 3150 мм, что позволяет собирать фер­мы, независимо от пролета, в едином кондукторе. Фермы пролетом 18 и 24 м для уменьшения объема здания применяют пониженной высоты 2250 мм Высота ферм из круглых труб равна 2900 мм по осям поясов.

Для неотапливаемых зданий с покрытием из волнистых листов раз­работаны типовые треугольные фермы с уклоном верхнего пояса 1/3,5. Решетка треугольная с дополнительным шпренгелем. Шаг про­гонов — 1,5 м.

До последнего времени основным типом сечения элементов ферм

были парные уголки. такое ре­шение имеет ряд недостатков: нерациональность сечения из уголков при работе на сжатие и большое число дополнительных элементов (со­единительных прокладок, фасонок) увеличивают расход стали; большой объем

сварки и мелких деталей усложняет изготовление; наличие зазо­ров между уголками затрудняет окраску конструкций и снижает их коррозионную стойкость.

Поэтому в последние годы с развитием эффективных видов металло­проката (трубы, широкополочные двутавры, гнутые профили) в по­крытиях производственных зданий находят применение более рацио­нальные конструктивные решения ферм, обеспечивающие снижение массы и трудоемкости изготовления и монтажа металлических конст­рукций.

К таким решениям можно отнести фермы с элементами из круглых труб и прямоугольных гнутозамкнутых профилей, фермы с поясами из двутавров и решеткой из гнутозамкнутых профилей; фермы с поясами из тавров и треугольной решеткой из уголков Интересным конструктивным решением является ферма с поясами из широкополочных тавров и перекрестной решеткой из одиночных уголков

35. Особенности расчетаА. Нагрузки. Основными нагрузками при расчете стропильных ферм являются постоянная нагрузка от кровли и несущих конструкций по­крытия и нагрузка от снега. стропильные фермы действуют и другие нагрузки: от подвесного транспорта, подвесных коммуникаций и оборудования, электроосветительных установок, вентиляторов, гале­рей, систем испарительного охлаждения, устанавливаемых на крыше здания и т. д. Постоянные нагрузки от кровли, стропильных ферм, связей по по­крытию и фонарей принимаются, как правило, равномерно распреде­ленными. Нагрузки от бортовых стенок фонаря и остекления учитыва­ются в виде сосредоточенных сил, приложенных в узлах опирания край­них стоек фонаря. Снеговые нагрузки при расчете элементов покрытия (плит, прогонов, настила и ферм) несколько отличаются от принимаемых при расчете поперечных рам.

Расчетное значение снеговой нагрузки определяют по формуле

р = пр_дс.Значение коэффициента перегрузки п при расчете элементов покры­тия принимается в зависимости от отношения нормативного веса по­крытия g^R к нормативной снеговой нагрузке р^И. Коэффициент с учитывает неравномерное распределение снега по покрытию.

Нагрузка от ветра вызывает в элементах фермы, как правило, уси­лия противоположного знака по сравнению с усилиями от веса покры­тия и снега. Поэтому при расчете ферм ветровую нагрузку следует учи­тывать только в том случае, если ее величина превышает вес покрытия (при легких кровлях и в районах с повышенной ветровой нагрузкой). Прочие нагрузки на стропильные фермы принимают по технологиче­скому заданию. Б. Определение усилий в стержнях ферм. Усилия в стержнях стропильных и подстропильных ферм при шарнирном сопряжении их с ко­лоннами от неподвижной узловой нагрузки определяют графическим или аналитическим способом.При внеузловой передаче на­грузки пояс фермы работает на осевое усилие с изгибом.

В стропильных фермах, входящих в состав поперечной рамы, возни­кают усилия от распора (продольная сила в ригеле) Н_р (рис. 13.14, а)., В зависимости от конструктивного решения узла сопряжения фермы и колонны распор рамы воспринимается нижним или верхним поясом фермы. При расчете рам по приближенной методике с заменой решет­чатого ригеля сплошным, расположенным в уровне нижнего пояса, рас­пор рамы считается приложенным к нижнему поясу.При жестком сопряжении ригеля с колонной в элементах фермы возникают усилия от рамных моментов на опорах. Эти усилия можно определить графическим или аналитическим способом, приложив на опо­рах фермы две пары горизонтальных сил где hon — расстояние между осями поясов фермы на опоре. Значения опорных моментов М\ и М₂ берут из таблицы расчетных усилий колонны для сеченияПодбор сечения элементов ферм покрытия, расчет и конструирова­ние промежуточных узлов выполняются так же, как и для обычных сво­бодно опертых ферм (см. гл. 9).

Сжатые элементы подбираются из требования общей устойчивости. В соответствии с требуемыми радиусами инерции и площадью сечения по сортаменту выбираем нужный номер профиля.

, где

определяется по гибкости:

(для поясов, опорного раскоса);

(для остальных элементов решетки).

; .

Принятое сечение проверяем на общую устойчивость. Растянутые элементы подбираются из условия прочности. В соответствии с требуемой площадью сечения по сортаменту выбираем необходимый номер профиля. .

36. Типы колонн одноэтажных производственных зданий. Определение расчетных длин.В каркасах одноэтажных производственных зданий применяются стальные колонны трех типов: постоянного по высоте сечения, перемен­ного по высоте сечения — ступенчатые и в виде двух стоек, нежестко связанных между собой, — раздельные.

В колоннах постоянного по высоте сечения нагрузка от мостовых кранов передается на стержень колонны через консоли, на которые опираются подкрановые балки. Стержень колонны может быть сплошного или сквозного сечения. Большое достоинство колонн посто­янного сечения (особенно сплошных) — их конструктивная простота, обеспечивающая небольшую трудоемкость изготовления. Эти колонны применяют при сравнительно небольшой грузоподъемности кранов (Q до 15—20 т) и незначительной высоте цеха (Н до 8—10 м).

При кранах большой грузоподъемности выгоднее переходить на сту­пенчатые колонны, которые для одноэтажных произ­водственных зданий являются основным типом колонн. Подкрановаябалка в этом случае опирается на уступ нижнего участка колонны и
располагается по оси подкрановой ветви.В зданиях с кранами, расположенными в два яруса, колонны могут иметь три участка с разными сечениями по высоте (двухступенчатые колонны), дополнительные консоли и т. д..При кранах особого режима работы либо делают проем в верхней части колонны (при ее ширине не менее 1 м), либо устраивают проходмежду краном и внутренней гранью верхней части колонны.Генеральные размеры колонн устанавливаются при компоновке по­перечной рамы.В раздельных колоннах подкрановая стойка и шатровая ветвь связаны гибкими в вертикальной плоскости горизонтальными планками. Благодаря этому подкрановая стойка воспринимает только вертикальное усилие от кранов, а шатровая работает в системе попереч­ной рамы и воспринимает все прочие нагрузки, в том числе горизон­тальную поперечную силу от кранов.Колонны раздельного типа рациональны при низком расположении кранов большой грузоподъемности и при реконструкции цехов (напри­мер, при расширении). А. Расчетная длина колонны в плоскости рамы. Колонны здания.входят в состав поперечной рамы и для точного определения их расчет­ной длины необходимо провести расчет на устойчивость рамы в целом, что весьма трудоемко. Обычно при определении расчетной длины ко­лонны вводят ряд упрощающих предпосылок: рассматривают колонну как отдельно стоящий стержень с идеализированными условиями за­крепления; загружают систему силами, приложенными только в узлах, не в полной мере учитывают пространственную работу каркаса и т. д. Как показывает опыт проектирования, такой подход идет в запас устой­чивости.Расчетная длина колонны (или ее участка с постоянным моментом инерции) в плоскости рамы 1_Х зависит от формы потери устойчивости и определяется как произведение геометрической длины I на коэффици­ент (х: l_x — [il Расчетная длина может рассматриваться как эквивалент­ная из условия устойчивости длина шарнирно опертого стержня той же жесткости.Для колонн с постоянным по высоте сечением коэффициенты расчет­ной длины р. принимают в зависимости от способа закрепления колонн в фундаменте и соотношения погонных жесткостей ригеля и колонны (учитывая упругое защемление верхнего конца) (рис. 14.3, а).При жестком креплении ригеля к колонне и при нагружении верх­них узлов значения [л определяются по формулам:при шарнирном закреплении колонн в фундаментах: ; при жестком закреплении колонн в фундаментах: ;

где /„ и L — соответственно момент инерции и длина проверяемой колонны; /_pi, /_p2, /pi> 'рг — соответственно моменты инерции и длины ригелей, примыкающих к этой ко­лоне.При шарнирном креплении ригеля к колонне принимается п=0.Приведенный расчет идет в запас устойчивости, поскольку предпо­лагается, что все колонны продольного ряда одновременно теряют ус­тойчивость.При наличии жесткого диска покрытия или системы продольных свя­зей по покрытию, обеспечивающих пространственную работу каркаса, следует учесть неравномерное загружение колонн (особенно при крано­вых нагрузках). Для ступенчатых колонн расчетные длины определяются раздельно для нижней lx,1 = µ1l1и верхней /_x,2= µ2l2 —частей колонны(µ1 и µ2— ко­эффициенты расчетной длины нижнего и верхнего участков колонны).

1. Колонны однопролетных рам с шарнирным опиранием ригеля. Предполагается, что обе колонны поперечной рамы нахо­дятся в одинаковых условиях и могут одновременно потерять устойчи­вость (удерживающего влияния второй колонны нет). В этом случае считается, что верхний конец колонны свободен.

2. Колонны однопролетных рам с жесткими узлами сопряжения ри­геля с колоннами.

Обе колонны работают в одинаковых условиях и могут одновремен­но потерять устойчивость. Поскольку жесткость ригеля значительно больше жесткости колонны, поворотом верхнего конца колонны можно пренебречь. Считается, что колонна имеет верхний конец, закрепленный только от поворота.

3. Колонны двух- и многопролетных рам с шарнирным опиранием ри­
гелей. В этом случае считается, что в момент потери ус­
тойчивости рассчитываемой колонны смещения ее верхнего конца не
происходит (есть только поворот), так как она удерживается другими
устойчивыми колоннами. При такой схеме колонна имеет неподвижный
шарнирно опертый верхний конец.

4. Колонны двух- и многопролетных рам с жестким сопряжением ри­
геля с колоннами. Аналогичные рассуждения позволяют считать, что
колонна имеет неподвижный и закрепленный от поворота верхний ко­
нец..

5.Расчетная длина колонны из плоскости рамы. Расчетную длину верхнего и нижнего участков колонны из плоскости рамы принимают равной наибольшему расстоянию между точ­ками закрепления колонны от смеще­ния вдоль здания. (Защемление ко­лонны в фундаменте из плоскости рамы обычно не учитывают.) Ниж­ний участок колонны закреплен от смещения на уровне верха фундамен­та и нижнего пояса подкрановой балки. Иногда для сокращения расчет­ной длины вдоль здания устанавливают промежуточные распорки. Верхний участок колонн закреплен от смещения тормозны­ми балками (или фермами), распорками по колоннам в уровне поясов стропильных ферм или поясами подстропильных ферм.

13.Прокатные стальные балки. Подбор сечения и проверка несущей способности. Расчет балок на жесткость. В качестве прокатных балок, работающих на изгиб, применяются двутавры, двутавры с параллельными гранями полок, и для прокатных прогонов скатных кро­вель— швеллеры по.Расчет на прочность прокатных балок, изгибаемых в одной из глав­ных плоскостей, производится по изгибающему моменту по формуле . Поэтому требуемый момент сопротивления балки «нетто» можно опре­делить по формуле .где R — расчетное сопротивление стали по изгибу; коэффициент условий работы конструкции.Выбрав тип профиля балки по требуемому моменту сопротивления, по сортаменту подбирают ближайший больший номер балки. Для раз­резных балок сплошного сечения следует использовать упругопластическую работу материа­ла и проверять их прочность по формулам:при изгибе в одной из главных плоскостей и 0,9 R_cp

; при изгибе в двух главных плоскостях и 0,5Rср а = М_х/с_х W_x,_нт + М_у/ Wу.нт R ,где Mmax,Mx,My-значения изгибающих моментовПодобранное сечение проверяют на прочность от действия касатель­ных напряжений по формуле T = Qmax*S/It_CT, где Q_max — наибольшая поперечная сила на опоре; S и I - статический момент и момент инерции сечения; t_ст -толщина стенки балки.При недостаточном закреплении сжатого пояса балки ее общую ус­тойчивость проверяют по формуле M/ ₆ W_c R . где W_с — момент сопротивления для сжатого пояса: ⁼0,95 — коэффициент условий работы при проверке общей устойчивости балок.Если при проверке выясняется, что общая устойчивость балки не обеспечена, то следует уменьшить расчетную длину сжатого пояса, изменив схему связей.Проверка местной устойчивости поясов и стенки прокатных балок не требуется, так как она обеспечивается их толщинами, принятыми из условий проката.2. Проверка жесткости балок.Проверка второго предельного состояния (обеспечение условий для нормальной эксплуатации сооружения) ведется путем определения про­гиба балки от действия нормативных нагрузок при допущении упругой работы материала. Полученный относительный прогиб является мерой жесткости балки и не должен превышать нормативного, зависящего от назначения балки f/l /l]. (1) Для однопролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой, проверка деформативности производится по формуле f= (5/384) q El.

Если проверка по формуле (1) не удовлетворяется, то следует увеличить сечение балки, взяв менее прочный материал, или допустить недоиспользование прочности балки

16. Стыки балокРазличают два типа стыков балок: заводские и монтажные (укруп-нительные).

Заводские стыки представляют собой соединения отдельных частей какого-либо элемента балки (стенки, пояса), выполняемые из-за недо­статочной длины имеющегося проката. Их расположение обусловлено длиной проката или конструктивными соображениями. Монтажные стыки выполняются при монтаже, они необходимы тог­да, когда масса или размеры балки не позволяют перевезти и смонти­ровать ее целиком. Расположение их должно предусматривать членение балки на отдельные отправочные элементы, по возможности одинаковые (в разрезной балке стык располагают в середине пролета или симмет­рично относительно середины балки), удовлетворяющие требованиям транспортирования и монтажа наиболее распространенными средст­вами.В монтажных стыках удобно все элементы балки соединять в одном сечении. Такой стык называется универсальным.Стыки прокатных балок (заводские и монтажные) выполняют, как правило, сварными.

Рис.1 Стыки прокатных балок: а)встык;б)встык с накладками;в)только накладками

M=W , где -расчетное усилие в накладке

Рис.2 Стыки составных сварных балок:а)заводской;б)монтажный Рис.4 Опираниебалокна колонны: а,б-сверху; в-сбоку

Рис.3 Монтажный стык сварной балки

на высокопрочныхболтах

Дата добавления: 2015-09-01