Системы ферм и область их применения в строительных конструкциях.

Описание: Фермы Системы ферм и область их применения в строительных конструкциях Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий ангаров вокзалов и т. Большепролетные мосты радиобашни и мачты опоры линий электропередачи и многие другие конструкции выполняются в виде стальных ферм. Фермы по сравнению со сплошными балками экономичны по затрате металла им легко придают любые очертания требуемые условиями технологии работы под нагрузкой или архитектуры они относительно просты в изготовлении. Фермы применяют при.

Дата добавления: 2014-06-17.

Размер файла: 711.56 KB.

Работу скачали: 68 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск.

Лекция 14м. Фермы.

Системы ферм и область их применения в строительных конструкциях.

Стальные фермы широко применяются в покрытиях промышленных и гражданских зданий, ангаров, вокзалов и т. п. Большепролетные мосты, радиобашни и мачты, опоры линий электропередачи и многие другие конструкции выполняются в виде стальных ферм.

Фермы по сравнению со сплошными балками экономичны по затрате металла, им легко придают любые очертания, требуемые условиями технологии, работы под нагрузкой или архитектуры, они относительно просты в изготовлении.

Фермы применяют при самых разнообразных нагрузках; в зависимости от назначения им придают самую разнообразную конструктивную форму от легких прутковых конструкций до тяжелых ферм, стержни которых могут компоноваться из нескольких элементов крупных профилей или листов.

Наибольшее распространение имеют разрезные балочные фермы (рис. 9.1, а) как самые простые в изготовлении и монтаже. Неразрезные (рис. 9.1, б ) и комбинированные (рис. 9.1, д ) системы ферм рациональны при большой собственной массе конструкции, так как в этом случае они могут дать значительную экономию металла.

Кроме того, неразрезные фермы можно применять исходя из требований эксплуатации, так как они обладают большей жесткостью и могут иметь меньшую высоту.

Башни и мачты представляют собой вертикальные консольные системы ферм (рис. 9.1, е). Соответствующие эксплуатационные или архитектурные требования могут обусловить применение арочных (рис. 9.1, в ) или рамных (рис. 9.1, г ) ферм.

Промежуточными между фермой и сплошной балкой являются составные системы, состоящие из балки, усиленной либо снизу подвешенной цепью (шпренгельная балка) или сквозной фермой, либо сверху аркой или фермой (рис. 9.1, ж). Распор цепи или арки, а также поддерживающее воздействие элементов фермы уменьшают изгибающий момент в балке. составные системы просты в изготовлении и рациональны в тяжелых конструкциях, а также в конструкциях с подвижной нагрузкой. Возможность использования в составных системах дешевых прокатных балок благоприятно сказывается на стоимости и трудоемкости изготовления этих систем.

Эффективность ферм и составных систем можно значительно повысить, создав в них предварительное напряжение.

В фермах подвижных крановых конструкций и покрытий больших пролетов, где уменьшение веса конструкций дает большой экономический эффект, возможно применение алюминиевых сплавов.

КОМПОНОВКА КОНСТРУКЦИЙ ФЕРМ.

1. Очертание ферм.

Выбор очертания ферм является первым этапом их проектирования. Очертание ферм в первую очередь зависит от назначения сооружения. Оно должно отвечать принятой конструкции сопряжений с примыкающими элементами. Так, очертание стропильной фермы производственного здания зависит от назначения цеха, типа кровли, типа и размера фонаря, от типа соединения ферм с колоннами (шарнирное или жесткое) и.т. п.

Вместе с тем очертание ферм должно соответствовать их статической схеме, а также виду нагрузок, определяющему эпюру изгибающих моментов. Например, выступающие консоли рационально проектировать треугольными, с одним скатом (рис. 9.2, б); однопролетные фермы с равномерной нагрузкой полигонального очертания (рис. 9.3, б.

Фермы, треугольного очертания. Треугольное очертание придается стропильным фермам (рис. 9.2, а, г), консольным навесам (рис. 9.2, б), а также мачтам и башням (рис. 9.2, в.

Стропильные фермы треугольного очертания применяют, как правило, при значительном уклоне кровли, вызываемом или условиями эксплуатации здания, или типом кровельного материала. Стропильные фермы треугольного очертания имеют ряд конструктивных недостатков. Острый опорный узел сложен, допускает лишь шарнирное сопряжение фермы с колоннами, при котором снижается поперечная жесткость одноэтажного производственного здания в целом. Стержни решетки в средней части ферм получаются чрезмерно длинными, и их сечение приходится подбирать по предельной гибкости, что вызывает перерасход металла. Треугольное очертание в стропильных фермах не соответствует параболическому очертанию эпюры моментов. Однако в ряде случаев треугольные фермы приходится применять, несмотря на заведомо нерациональное с точки зрения распределения усилий очертание, исходя из общих требований компоновки и назначения сооружения. Примером могут служить треугольные фермы шедовых покрытий (рис. 9.2, г), применяемые в зданиях, где необходим большой и равномерный приток дневного света с одной стороны.

Фермы трапецеидального очертания со слабо вспарушенным верх ним поясом (рис. 9.3, а) пришли на смену треугольным фермам благодаря появлению кровельных материалов, не требующих больших уклонов кровли.

Трапецеидальное очертание балочных ферм лучше соответствует эпюре изгибающих моментов и имеет конструктивные преимущества. В сопряжении с колоннами позволяет устраивать жесткие рамные узлы, что повышает жесткость здания. Решетка таких ферм не имеет длинных стержней в середине пролета.

Фермы полигонального очертания (рис. 9.3, б и в) наиболее приемлемы для конструирования тяжелых ферм больших пролетов, так как очертания фермы соответствуют эпюре изгибающих моментов, что дает значительную экономию стали. Дополнительные конструктивные затруднения из-за переломов пояса в тяжелых фермах не так ощутимы, ибо пояса .в таких фермах из условий транспортирования приходится стыковать в каждом узле.

Для легких ферм полигональное очертание нерационально, так как получающиеся в этом случае конструктивные усложнения, не окупаются незначительной экономией стали.

Фермы с параллельными поясами (рис. 9.3, г, д) имеют существенные конструктивные преимущества. Равные длины стержней поясов и решетки, одинаковая схема узлов и минимальное количество стыков поясов обеспечивают в таких фермах наибольшую повторяемость деталей и возможность унификации конструктивных схем, что способствует индустриализации их изготовления. Эти фермы благодаря распространению кровель с рулонным покрытием стали основным типом в покрытиях зданий.

2. Генеральные размеры ферм.

Определение пролета ферм. Пролет или длина ферм в большинстве случаев определяются эксплуатационными требованиями и обще компоновочным решением сооружения и не могут быть рекомендованы по усмотрению конструктора.

Пролеты стропильных ферм, мостовых кранов, гидротехнических затворов и т. п. определяются технологической или архитектурной схемой сооружения и уточняются в зависимости от типа сопряжений с соседними элементами.

Так, при свободном опирании ферм покрытий на опоры (колонны) сверху расчетный пролет фермы l 0 (расстояние между осями опорных частей) в качестве первого приближения может быть принят равным.

для, разрезных ферм расстоянию между внутренними четвертями / ширины опор, т. е.

где l расстояние в свету между опорами; а ширина опоры; для средних пролетов неразрезных ферм l 0 = l +а.

При примыкании ферм к металлическим колоннам сбоку расчетный пролет фермы принимается равным расстоянию между колоннами в свету на отметке примыкания ферм.

В случаях, когда пролет конструкции не диктуется технологическими требованиями (например, эстакады, поддерживающие трубопроводы и т. п.), он должен назначаться на основе экономических соображений с тем, чтобы суммарная стоимость ферм и опор была наименьшей.

Определение высоты треугольных ферм. В треугольных фермах, (см. рис. 9.2, а) высота является функцией пролета и уклона кровли, которые зависят от материала кровли. Обычно треугольные фермы проектируют под кровли, требующие значительных уклонов (25 45°), что дает высоту ферм h ? (1/4-1/2) l.

Высота треугольных ферм, как правило, бывает выше требуемой из условия наименьшей массы фермы, поэтому по расходу стали треугольные фермы неэкономичны. Высоту фермы посередине пролета можно уменьшить, придав нижнему поясу приподнятое очертание (см. рис. 9.6, в). Опорный узел при этом не должен быть слишком острым.

Определение оптимальной высоты трапецеидальных ферм и ферм с параллельными поясами. Если нет конструктивных ограничений, высота ферм может быть принята из условия наименьшего веса фермы, т. е. по экономическим соображениям. Вес фермы складывается из веса поясов и веса решетки. Вес поясов уменьшается с увеличением высоты фермы, так как усилие в поясах обратно пропорционально высоте М и =М/ h.

Вес решетки, наоборот, с увеличением высоты фермы увеличивается, так как увеличивается длина раскосов и стоек. Следовательно, может быть найдена оптимальная высота фермы, при которой общий вес поясов и решетки будет наименьшим. Вес поясов может быть выражен формулой.

где N П = М/ h расчетное усилие в поясе; N П / R требуемая теоретическая площадь сечения стержня; R расчетное сопротивление растяжению, сжатию; l п длина стержня пояса, равная длине панели; ? средняя плотность стали; ? п конструктивный коэффициент веса поясов.

Аналогично может быть выражен вес раскосов решетки.

где N Р = Q /со s ? расчетное усилие в раскосе; / р = Лсоза длина раскоса; а угол наклона раскоса к вертикали; |?р конструктивный коэффициент веса раскосов.

3. Системы решеток ферм и их характеристика.

Решетка ферм работает на поперечную силу, выполняя функции стенки сплошной балки.

От системы решетки зависит вес фермы, трудоемкость ее изготовления нйя, внешний вид. Решетка должна соответствовать схеме приложения нагрузок, поскольку нагрузки во избежание местного изгиба пояса передаются, как правило, на ферму в узлах.

Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очертания или с параллельными поясами весьма эффективной является треугольная система решетки (рис. 9.4, а), дающая наименьшую суммарную длину решетки и наименьшее число узлов при кратчайшем пути усилия от места приложения нагрузки до опоры. В фермах, поддерживающих прогоны кровли или балки настила, к треугольной решетке часто добавляются дополнительные стойки (рис. 9.4,6), а иногда и подвески (рис. 9.4, в), позволяющие уменьшать, когда это необходимо, расстояния между узлами фермы. Дополнительные стойки целесообразны также для уменьшения расчетной длины сжатого пояса. Дополнительные стойки и подвески получаются весьма легкими, так как они работают только на местную.

нагрузку и не участвуют в передаче на опору поперечной силы.

В фермах треугольного очертания также возможна треугольная система решетки (рис, 9.4, г). Общим недостатком треугольной системы решетки является наличие сжатых длинных раскосов, восходящих в фермах с параллельными поясами и нисходящих в треугольных фермах.

Раскосная система решетки. При ее проектировании нужно стремиться, чтобы наиболее длинные элементы раскосы были растянутыми, а стойки сжатыми. Это требование удовлетворяется при нисходящих раскосах в фермах с параллельными поясами (рис. 9.5, а) и восходящих в треугольных фермах. Однако в треугольных фермах восходящие раскосы образуют неудобные для конструирования узлы и имеют.

большую длину, так как идут по большей диагонали (рис. 9.5, в). Поэтому в треугольных фермах более приемлемы нисходящие раскосы (рис. 9.5,6); хотя они получаются сжатыми, но зато их длина меньше и узлы фермы более компактны. Применять раскосные решетки целесообразно при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие усилия (при большой узловой нагрузке). рис. 9 - 5 мы Ра р с е к ш ^ ы к ; систе " Раскосная решетка более трудоемка, чем тре- угольная, и требует большего расхода материала, так как при .равном числе панелей в ферме"общая длина раскосной решетки больше и в. ней больше узлов. Путь усилия от узла, к которому приложена нагрузка, до опоры в раскосной решетке длиннее, он идет через все стержни решетки и узлы.

-Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (пример-йф'4^5 м) и 'рациональном угле наклона раскосов (примерно 35 45°) па'нелй могут получаться чрезмерно большими, неудобными для расположения кровельных прогонов и других элементов. Если давления прогонов небольшие, то можно допустить местный изгиб пояса, расположив прогоны На поясе между узлами.

Однако при больших давлениях такое решение нерационально. Чтобы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона раскосов, применяют шпренгельную решетку (рис. 9.6, а). Устройство шпренгельной решетки более трудоемко и иногда требует дополнительного расхода металла; .однако такая решетка дает возможность получить рациональное расстояние между элементами поперечной конструкции при рациональном угле наклона раскосов, а также уменьшить расчетную длину сжатых стержней. Так, применение шпренгельной решетки в высоких башнях уменьшает расчетную длину сжатых поясов (рис. 9.6,6) и тем самым позволяет снизить общий вес конструкции. В стропильных фермах шпренгельная решетка позволяет сохранить нормальное расстояние между прогонами, удобное для поддержания элементов кровли (2 -3 м), или же создать промежуточный узел для опирания крупнопанельного настила (рис. 9.6, а.

'-Шпренгельную решетку особого вида имеет треугольная ферма, показанная на рис. 9.6, в. Эта система применяется при крутых кровлях (а = 35-=-45°) и сравнительно больших для треугольных ферм пролетах (/=20-:-24 М). Она может быть расчленена на две полуфермы, связанные затяжкой. Стержни решетки и панели поясов такой системы имеют небольшую длину, конструирование узлов упрощается. Прдподнятая затяжка увеличивает полезную высоту помещения. Образующие, систему жесткие полуфермы и затяжка изготовляются на заводе; на место возведения их доставляют в виде трех отправочных элементов.

В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, как правило, устраивают крестовую решетку (рис. 9.6, г). К таким фермам относятся горизонтальные связевые фермы покрытий производственных зданий, мостов и других конструкций, вертикальные фермы башен, мачт и высоких зданий. Весьма часто крестовую решетку проектируют из гибких стержней. В этом случае под действием нагрузки работают только растянутые раскосы; сжатые же раскосы вследствие своей большой гибкости выключаются из работы и в расчетную схему не входят.

С выпуском промышленностью широкополочных тавров с параллельными гранями полок (см. гл. 4) разработаны стропильные фермы с поясами из тавров и крестовой решеткой из одиночных уголков (рис. 9.3, е). Такие фермы экономичнее по расходу металла и стоимости по срав ; -нению с типовыми фермами со стержнями из парных уголков.

Ромбическая к полураскосная решетки (рис. 9.6, д и е) благодаря! двум системам раскосов также обладают большой жесткостью; эти (щ- стемы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конст-р кц«й на большие поперечные силы.

Одновременно с выбором системы решетки устанавливают размер панелей ферм. Поскольку нагрузка обычно прикладывается к узлам ферм, панели должны соответствовать расстояниям между элементами, передающим нагрузку на ферму. Размеры панелей должны отвечать оптимальному углу наклона раскосов. Оптимальный угол наклона раскосов в треугольной решетке составляет примерно 45°, в раскосной решетке 35°. Из конструктивных соображений рационального очертания фасовки в узле и удобства прикрепления раскосов желателен угол, близкий к 45°. При малых углах фасонки получаются слишком вытянутыми, при больших высокими, что делает их громоздкими и неэкономичными.

В стропильных фермах размеры панелей определяются системой кровельного покрытия. Если по стропильным фермам укладывают прогоны, панель, равная расстоянию между прогонами, определяется видом кровельного настила и ее длина изменяется от 1,5 до 4 м. Применяются беспрогонные кровельные покрытия, в которых кровлю в виде профилированного настила, железобетонных панелей или металлических щитов длиной 6 12 м и шириной 1,5 3 м укладывают непосредственно на поясе ферм. Беспрогонные покрытия являются более индустриальными и часто более экономичными по расходу стали.

При беспрогонном покрытии панель часто принимается равной 3 4 м. При ширине плит 1,5 м иногда целесообразно уменьшить с помощью шпренгельной решетки панель до 1,5 м; можно также, сохранив панель в 3 м, иметь верхний пояс, работающий на местный изгиб. Это решение менее экономично по расходу стали, но проще и применимо при легких кровлях.

5. Устойчивость ферм. Связи.

Сквозная плоская система (ферма) легко теряет свою устойчивость из плоскости. Чтобы придать ферме устойчивость, ее необходимо присоединить к какой-либо жесткой конструкции или соединить связями с другой фермой, в результате чего образуется пространственный устойчивый брус (рис. 9.7, а.

Для обеспечения устойчивости такого бруса (блока) необходимо, чтобы все грани его были геометрически неизменяемы в своей плоскости.

Грани блока (рис. 9.7, а) образуются двумя вертикальными плоскостями спаренных ферм (аЬЬ'а' и Асс'д,>, двумя перпендикулярными им горизонтальными плоскостями связей, расположенными по обоим поясам ферм (сЪЬ'с' и йаа'й'), и не менее чем двумя вертикальными плоскостями поперечных связей (обычно в торцах ферм аЬсй и а'Ь'с'д,'>. Поскольку этот пространственный брус в поперечном сечении замкнут и обычно достаточно широк, он обладает очень большой жесткостью при кручении и изгибе, поэтому потеря его общей устойчивости в изгибаемых системах невозможна. Конструкции мостов, кранов, башен, мачт, шпилей, укосин и др. представляют собой аналогичные пространственные брусья, состоящие из сквозных ферм( рис. 9.7,6.

В покрытиях зданий решение усложняется вследствие большого количества поставленных рядом плоских стропильных ферм. Такие фермы, связанные между собой только одними прогонами, не образуют неизменяемой устойчивой системы, так как они имеют свободную длину из своей плоскости, равную пролету, и легко могут потерять устойчивость (рис. 9.8, а). В этом случае устойчивость как в целом, так и отдельных элементов плоских ферм обеспечивается тем, что в конструкции покрытия создается несколько пространственных устойчивых блоков из двух соседних ферм, скрепленных как связями в плоскости верхнего, а иногда и нижнего пояса, так и вертикальными поперечными связями между стойками ферм, которые могут заменить связи по нижнему или верхнему поясу (рис. 9.8,6). К этим жестким блокам прочие фермы прикрепляются горизонтальными элементами, препятствующими горизонтальному перемещению поясов ферм и обеспечивающими их устойчивость (обычно прогонами, расположенными в узлах ферм). Чтобы прогон мог закрепить узел фермы в горизонтальном направлении, он сам должен быть прикреплен к неподвижной точке узлу горизонтальных связей. Если прогон не прикреплен к диагоналям связей в месте их пересечения, расстояние между закрепленными в горизонтальном направлении точками верхнего пояса фермы равно двум панелям (рис. 9.8, б). Это должно учитываться при подборе сечения верхнего пояса ферм.

В беспрогонных покрытиях верхние пояса ферм закрепляют с помощью кровельного настила и специальных элементов (тяжей), прикрепляющих пояса к поперечным горизонтальным связям (см. гл. И, § 4.

6. Унификация и модулирование геометрических размеров ферм.

Посредством унификации геометрических схем ферм и типизации их конструктивной формы можно стандартизировать конструктивные детали ферм и перейти на массовое их изготовление с помощью специали- аированных высокопроизводительных станков и приспособлений. Унификация геометрических размеров ферм приводит к сокращению числа типоразмеров и к стандартизации как самих ферм, так и примыкающих к ним элементов (прогонов, связей, колонн и т. п.). В основу унификаций ферм кладется модулирование конструктивно-компоновочных размеров. Унификация ферм должна проводиться по видам сооружений.

В настоящее время унифицированы геометрические схемы стропильных ферм производственных зданий (рис. 9.9), мостов, радиомачт, ра-дно0ашен, опор линии электропередачи.

В основу унификации стропильных ферм с рулонной кровлей положены модуль пролета производственных зданий и панель т 3000 мм, уклон кровли 1=1,5%, высота ферм на опоре 3150 мм по наружным краям поясов, треугольная решетка с возможностью добавления шпрен-геля при кровельных плитах шириной 1,5 м. Таким образом, геометрия ферм меньших пролетов тождественна с геометрией крайних частей ферм больших пролетов и схема большей фермы получается из меньшей добавлением средних панелей. Типизированные на основе унификации геометрических размеров стропильные фермы разных пролетов и мощностей могут быть собраны и сварены полуфермами в едином стационарном кондукторе-позиционере, что существенно снижает трудоемкость изготовления ферм и обеспечивает их взаимозаменяемость.

7. Строительный подъем.

3 фермах больших пролетов (более 36 м), а также в фермах из алю миниевых сплавов или высокопрочных сталей возникают большие про гибы, которые ухудшают внешний вид конструкции и во многих случа ях недопустимы по условиям эксплуатации (например, в производствен ных зданиях при подвеске к фермам подъемно-транспортного оборудова ния.

- Провисание ферм предотвращается устройством строительного подъему, т. е. изготовлением ферм с обратным выгибом, который под действием нагрузки погашается, в результате чего фермы принимают проектное положение. Строительный подъем принимают равным прогибу от постоянных нагрузок. При плоских кровлях строительный подъем следует принимать независимо от величины пролета равным прогибу от суммарной нормативной нагрузки плюс. /2оо пролета.

Теоретическую линию строительного подъема можно получить, если.

при изготовлении фермы длину каждого стержня /брать с учетом его упругих деформаций, т. е.

где / длина стержня в расчетной геометрической схеме; Д/=о//Е удлинение или укорочение стержня от нагрузок, принимаемых при определении строительного подЪ- ей'а.

В растянутых стержнях величину Д/ надо вычитать, в сжатых прибавлять. Под нагрузкой растянутые стержни удлиняются, сжатые укорачиваются, и расчетная геометрическая схема фермы восстанавливается. На практике строительный подъем задается обычно по какой-либо упрощенной кривой, причем перегибы устраиваются только в монтажных узлах. Так, в стропильных фермах, имеющих один монтажный стык посередине пролета, строительный подъем задается по треугольнику .(рир. 9ЛО, а). В тяжелых фермах больших пролетов с монтажными стыками: в. каждом узле строительный подъем принимается по многоугольнику, вписанному в окружность (рис^ 9.10, б.

§ 3. РАСЧЕТ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНАЯ РАБОТА ФЕРМ.

1. Определение расчетной нагрузки.

Вся нагрузка, действующая на ферму, обычно бывает приложенной к узлам фермы, к которым прикрепляются элементы поперечной конструкции (например, прогоны кровли или подвесного потолка), передающие нагрузку на ферму. Если нагрузка приложена непосредственно в панели, то в основной расчетной схеме она также распределяется между ближайшими узлами, но при этом дополнительно учитывается местг ный изгиб пояса от расположенной на нем нагрузки: на опоре (в узле) -какова опоре неразрезной балки; в пролете как в пролете неразрез-ной балки с умножением величин моментов на коэффициент 1,2.

Для удобства расчета рекомендуется определять усилия в стержнях ферм отдельно для каждого вида нагрузки. Так, в стропильных фермах следует составлять расчетные схемы отдельно для следующих нагрузок.

постоянной, в которую входит собственный вес фермы и вес всей поддерживаемой конструкции (кровли с утеплением, фонарей и т. п.

временной нагрузки от подвесного подъемно-транспортного оборудования, нагрузки полезной, действующей на подвешенное к ферме чердачное перекрытие, и т. п.

кратковременной, атмосферной снег, ветер.

Как указано в § 3 гл. 3, постоянная, временная и снеговая нагрузки относятся к основному сочетанию нагрузок, и расчет на них ведется с учетом установленных значений коэффициентов перегрузки; ветер при расчете обычных стропильных ферм относится к особому сочетанию нагрузок.

Расчетная постоянная нагрузка, действующая на любой узел стропильной фермы, определяется по формуле.

где #ф собственный вес фермы, кН на 1 м 2 горизонтальной проекции кровли; § кр вес кровли, кН/м 3 ; ц угол наклона верхнего пояса к горизонту; Ь расстояние :между фермами; с?1 и иг длины примыкающих к узлу панелей; п коэффициент перегрузки для постоянных нагрузок.

В отдельных узлах к нагрузке, получаемой по формуле (9.13), прибавляется нагрузка от веса фонаря.

Снег нагрузка временная, которая загружает ферму лишь частич но; загружение снегом одной половины фермы может отказаться; невы годным для средних раскосов.

где Рс вес снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной проекции кровли; д с коэффициент перегрузки для снеговой нагрузки.

Значение Р с должно определяться с учетом возможного неравномерного распределения снегового покрова около фонарей или перепадах высоты здания, как это указано в § 1 гл. 3.

Давление ветра учитывается только на вертикальные поверхности, а также на поверхности с углом наклона к горизонту более 30°, что бывает в башнях, мачтах, эстакадах, а также в крутых треугольных стропильных фермах и фонарях. Ветровая нагрузка, как и другие виды нагрузок, приводится к узловой. Горизонтальная нагрузка от ветра на фонарь при расчете стропильной фермы, как правило, не учитывается, так как ее влияние на работу фермы незначительно.

2. Определение усилий в стержнях ферм.

При расчете ферм со стержнями из уголков или тавров предполагается, что в узлах системы идеальные шарниры, оси всех стержней прямолинейны, расположены в одной плоскости и пересекаются в узле в одной точке (в центре узла). Стержни такой идеальной системы работают только на осевые усилия. Напряжения, найденные по этим усилиям, являются основными. В связи с фактической жесткостью узловых соединений в стержнях фермы возникают дополнительные напряжения, которые при отношении высоты сечения стержня к его длине, равном. /15 расчетом не учитываются, так как они не влияют на несущую способность конструкции. В фермах со стержнями, имеющими повышенную жесткость и эксплуатирующимися при низкой температуре, влияние жесткости соединений в узлах более значительно. Поэтому для двутавровых, трубчатых и Н-образных сечений стержней расчет ферм по шарнирной схеме допускается при отношении высоты сечения к длине не более vi о для конструкций, эксплуатируемых при расчетной температуре 40 °С и выше, и не более. /15 при расчетной температуре ниже 40 °С. При превышении этих отношений надлежит учитывать дополнительные изгибающие моменты в стержнях от жесткости узлов. При этом осевые усилия можно определять по шарнирной схеме, а дополнительные моменты определять приближенно. В верхних поясах стропильных ферм при беспрогонной кровле (равномерное распределение нагрузки на поясе фермы) моменты допускается определять по формулам.

пролетный момент в крайней панели.

момент в узле (опорный.

где «7 величина распределенной нагрузки; / п длина панели.

Кроме того, в стержнях фермы возникают напряжения от моментов в результате неполного центрирования стержней в узлах. Эти напряжения, не являющиеся основными, как правило, расчетом не учитываются, так как по малости допускаемых в фермах эксцентриситетов они лишь незначительно влияют на несущую способность ферм.

Смещение оси поясов ферм при изменении сечений не учитывается, если оно не превышает 1,5 % высоты пояса.

Расчет ферм следует выполнять на ЭВМ с использованием вычислительного комплекса РАС К, что позволяет рассчитать любую схему фер- мы на статические и динамические нагрузки, с учетом моментов от жесткости узлов и смещения осей стержней.

ЭВМ автоматически выдает расчетные усилия в стержнях с учетом требуемых сочетаний нагрузок и может выполнить подбор сечений стержней из наиболее распространенных сварных и прокатных профилей.

' Вычислительный комплекс РАС К позволяет быстро реализовать процесс оптимизации, т. е. 'найти оптимальное решение геометрической схемы фермы, материала стержней, типа сечений и т. п. что позволяет получить наиболее экономное проектное решение.

При втсут'ствии ЭВМ усилия в стержнях ферм удобнее всего определять графическим методом, т. е. построением диаграмм Максвелла Кремоны, причем целесообразно для каждого вида нагрузки (нагрузки от покрытия, от подвесного транспорта и т. п.) вычерчивать свою диаграмму. Для ферм с несложными схемами (например, для ферм с параллельными поясами) и небольшим числом стержней более простым может оказаться аналитическое определение усилий. Если фермы работают на подвижную нагрузку, то максимальные усилия в стержнях фермы от подвижной нагрузки проще всего могут быть определены по линиям влияния.

В соответствии с классификацией сочетаний нагрузок (основные и особые) усилия определяют отдельно для каждого вида сочетаний и несущую способность стержней проверяют по окончательному расчетному наибольшему усилию.

Рекомендуется результаты статического расчета записывать в таблицу, в которой должны быть приведены значения усилий от постоянной нагрузки, от возможных комбинаций временных нагрузок (например, от одностороннего загружения снегом), а также расчетные усилия как результат суммирования усилий при невыгоднейшем загружении для всех возможных сочетаний нагрузок.

3. Особенности работы ферм под нагрузкой.

Многочисленные исследования отдельно стоящих ферм показали, что при упругой работе фактические напряжения в стержнях меньше теоретических: в легких фермах в среднем на 10%, в тяжелых на 18 %*. Это результат отличия фактической конструкции фермы от ее расчетной схемы. Упругая стадия работы ферм при первом загружении прекращается весьма рано. Например, в клепаных фермах уже при напряжениях порядка 50 80 МПа -наступает предел упругой работы, появляются первые сдвиги в заклепочных соединениях и ферма переходит в упругопластическую стадию работы. В сварных фермах этот переход происходит при несколько более высоких напряжениях 100 150 МПа. Моменты от эксцентриситетов и жесткости узлов увеличивают напряжения и прогибы ферм и ускоряют переход их в упругопластическую стадию работы. Однако появление пластичности в узлах снижает их жесткость и, следовательно, дополнительные напряжения, поэтому пластичность не опасна.

При повторных загружениях образуются петли гистерезиса (рис. 6.6), которые увеличивают область упругой работы до напряжений, вызванных предыдущими загружениями. Если устойчивость стержней обеспечена, напряжения повышаются до разрушения фермы. При этом в узлах сварных ферм разрушение происходит у начала фланговых швов в месте прикрепления стержня к фасонке (рис. 9.11,6), т. е. в месте-концентрации напряжений, в клепаных в результате разрыва по первым заклепкам прикрепления.

Обычно разрушение ферм происходит от потери устойчивости сжатых стержней (рис. 9.11, а). Потеря устойчивости наступает без появле- ния каких-либо видимых предупредительных признаков, и весьма часто до разрушения нельзя предсказать, какой стержень потеряет устойчивость 1.

Как правило, теряют устойчивость сжатые раскосы средних панелей, хотя они и не имеют самых высоких расчетных напряжений. Это "говорит о том, что потеря устойчивости зависит не столько от напряженного состояния, сколько от посторонних причин, от наличия тех или иных геометрических или физических несовершенств, в первую очередь от погнутий 2. Эти погнутия часто появляются в результате неаккуратного транспортирования или дефектов изготовления; для гибких средних раскосов они являются весьма существенными. Поэтому нуж но обращать большое внимание на повышение жесткости средних раскосов и защиту их от погнутий.

Влияние начальных эксцентриситетов и возможных погнутий на работу сжатых основных стержней решетки (из уголков, кроме опорных) учитывают согласно требованиям СНиП коэффициентом условий рабо-. ты у=0,8 (при гибкости стержней Я 60.

Разрушение сварных ферм от вибрационной нагрузки происходит у прикрепления стержней к узловым фасонкам, в местах наибольшей концентрации напряжений (рис. 9.11,6). При неудачном выборе формы фасонок и прикреплении стержней фланговыми швами вибрационная прочность может оказаться очень низкой (80 100 МПа) и разрушение наступает при небольшом числе циклов. •'- Повысить вибрационную прочность ферм можно.

обеспечением плавного перехода стержня в фаеонку без каких-либо •входящих узлов или резких изменений формы, в крайних случаях уст ройством выкружек в фасонках, плавно подходящих к прикрепляемому стержню (рис. 9.31, б.

•••• уменьшением концентраций напряжений, применением пологих швов, отказом от фланговых швов, зачисткой обработанных мест, плавным •примыканием фасонок и швов и т. д.

Вероятность хрупкого разрушения повышается в случае эксплуатации ферм при низких температурах ниже 40 °С. В этом случае повышаются требования к учету дополнительных напряжений от жесткости узлов и рекомендуется стыки поясов размещать вне узлов ферм, чтобы избежать скопления очагов концентрации напряжений и увеличения ос-таточных сварочных напряжений. § 4. РАСЧЕТНАЯ ДЛИНА СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ И ПРЕДЕЛЬНАЯ ГИБКОСТЬ.

1. Определение расчетной длины сжатых стержней.

В момент потери устойчивости сжатый стержень выпучивается, п 1-всгра*шэ$ется вокруг центров соответствующих узлов и вследствие жесткости фасонок заставляет поворачиваться и изгибаться в плоскости фермы остальные стержни, примыкающие к этим узлам (рис. 9.12). Примыкающие стержни сопротивляются изгибу и повороту узла и этим препятствуют свободному изгибу стержня, теряющего устойчивость. Наибольшее сопротивление повороту узла оказывают растянутые стержни, поскольку их деформация от изгиба ведет к сокращению расстояния между узлами, между тем как от основного усилия это расстояние должно увеличиваться. Сжатые же стержни слабо сопротивляются цз-гибу, так как деформации от поворота и осевого усилия направлены у Н#х в одну сторону и, кроме того, они могут терять устойчивость одновременно.

Таким образом, чем больше растянутых стержней примыкает к сжатому стержню и чем они мощнее, т. е. чем больше их погонная жесткость, тем больше степень защемления сжатого стержня и меньше его расчетная длина; влиянием сжатых стержней на защемление можно пренебречь.

Поэтому в качестве степени защемления сжатого стержня в узлах может быть принято отношение.

где г 1Ц погонный момент инерции рассматриваемого стержня в плоскости фермы; 2г р сумма погонных моментов инерции растянутых стержней, примыкающих к рассматриваемому стержню с обоих его концов.

Чем меньше отношение т, тем больше степень защемления и меньше расчетная длина сжатого стержня.

Таким образом, расчетная длина сжатого стержня фермы может быть рассчитана по формуле.

где ц коэффициент приведения длины, зависящий от степени защемления; / расстояние между центрами узлов.

Сжатый пояс оказывается слабо защемленным в узлах, так как с каждого конца к нему примыкает только по одному растянутому раскосу, погонная жестк