Системы решеток ферм и их характеристика

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

Треугольная система решетки. В фермах трапецеидального очерта­ния или с параллельными поясами весьма эффективной является тре­угольная система решетки (рис. 9.4, а), даю-щая 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 треуголь-ной решетке час­то добавляются дополнительные стойки (рис. 9.4,6), а иногда и подвес­ки (рис. 9.4, в), позво-ляющие уменьшать, когда это необхо-димо, рассто­яния между узлами фермы. Дополнительные стойки целе-сообразны 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 нисходя-щих в треугольных фермах.

Раскосная система решетки. При ее проек­тировании нужно стре-миться, чтобы наиболее длинные элементы — раскосы — были ра-стяну­тыми, 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 фе-рмах восходящие раскосы образуют неудобные для конструирования узлы и имеют большую длину, так как идут по большей диаго­нали (рис. 9.5, в). Поэтому в треуголь-ных фер­мах более приемлемы нисходящие раскосы (рис. 9.5,б); хотя они получаются сжатыми, но зато их длина меньше и узлы фер-мы более компакт­ны. Применять раскосные решетки целесообраз­но при малой высоте ферм, а также тогда, когда по стойкам передаются большие 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 ко-торому приложена нагрузка, до опо-ры в раскосной решетке длиннее, он идет через все стержни решетки и узлы.

Специальные системы решеток. При большой высоте ферм (пример­но 4—5 м) и рациональном угле наклона раскосов (примерно 35—45°) панели 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 нерацио-нально. Что­бы уменьшить размер панели, сохранив нормальный угол наклона рас­косов, применяют шпре-нгельную решетку (рис. 9.6, а). Применение шпренгельной решетки в высоких башнях уменьшает рас-четную длину сжатых поясов (рис. 9.6, б) и тем самым позволяет сни-зить общий вес конструкции. В стро­пильных фермах шпренгельная ре-шетка позволяет сохранить нор-мальное расстояние между прого-нами, удобное для поддержания элементов кровли, 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 применяе-тся при крутых кровлях (а = 35-45⁰) и сравнительно больших для треугольных ферм пролетах (/ = 20-24м).В фермах, работающих на двустороннюю нагрузку, устраивают крестовую решетку (рис. 9.6, г. Часто крестовую решетку проект-ируют из гиб­ких стержней. В этом случае под действием нагрузки ра-ботают только растянутые раскосы; сжатые же раскосы вследствие сво-ей большой гибкости выключаются из работы и в расчетную схему не входят.Разработаны стропильные фермы с по­ясами из тавров и кре-стовой решеткой из одиночных уголков (рис. 9.3, е). Ромбическая и полураскосная решетки (рис. 9.6, д и е) благодаря двум системам раско-сов также обладают большой жес-ткостью; эти си­стемы применяются в мостах, башнях, мачтах, связях для уменьшения расчетной длины стержней и особенно рациональны при работе конст­рукций на большие попе-речные силы.

Рнс. 9.6. Специальные системы решеток

Панели.Одновременно с выбором системы решетки устанавливают размеры панелей ферм. Поскольку нагрузка обычно прикладывается к узлам ферм, панели должны соот-ветствовать расстояниям между элемента­ми, передающим нагрузку на ферму. Размеры панелей должны отве­чать оптимальному углу наклона раскосов. Оптималь-ный угол наклона раскосов в треу-гольной решетке составляет пример-но 45°, в раскосной решетке—35°. Из конструктивных соображений — ра-ционального очер­тания фасонки в узле и удобства прикрепления рас-косов — желателен угол, близкий к 45°.В стропильных фермах размеры панелей определяются системой кровельного покрытия. Если по стро-пильным 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, железо-бетонных панелей или металличес­ких щитов длиной 6—12 м и ши-риной 1,5—3 м укладывают непо-средст­венно на поясе ферм. Бес-прогонные 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.

14. 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 (см. гл. 9). При внеузловой передаче на­грузки пояс фермы работает на осевое усилие с изгибом. Учитывая неразрезность пояса, значение момента можно приближенно определить по формуле

Усилия от подвижной нагрузки (подвесных кранов, тельферов) оп­ределяют по линиям влияния.

В стропильных фермах, входящих в состав поперечной рамы, возни­кают усилия от распора (продольная сила в ригеле) H_р (рис. 13.14, а), В зависимости от конструктивного решения узла сопряжения фермы н 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 (рис. 13. 14, б):

Значения опорных моментов М1 и М₂ берут из таблицы расчетных усилий колонны для сечения 1-1(см.табл. 12.6), при этом, взяв мо­мент для левой опоры М1 нужно определить опорный момент для пра­вой опоры М₂ при той же комбинации нагрузок.

При определении опорных моментов следует учитывать: первую ком­бинацию с максимальным (по абсолютному значению) моментом, вы­зывающую наибольшее растягивающее усилие в крайней панели верх­него пояса, и вторую комбинацию моментов без учета снеговой нагрузки для определения возможного сжимающего усилия в нижнем поясе.

Для определения расчетных усилий в стержнях фермы составляют таблицу, включающую усилия от постоянных и временных нагрузок, от распора рамы и опорных моментов (см. пример табл. 13.2). Расчетные усилия получают суммированием отдельных составляющих в их небла­гоприятном сочетании.

Узлы сопряжения ферм с колонной выполняются, как правило, на болтах и имеют определенную податливость; в процессе эксплуатации может произойти ослабление соединений и степень защемления фермы на опоре уменьшится. Опорные моменты и распор рамы определяют с учетом всех нагрузок (постоянных, снеговых, крановых, ветровых), ко­торых может и не быть. Поэтому разгружающее влияние опорных мо­ментов и распора рамы обычно не учитывают.

Если усилия в рассматриваемом стержне от распора рамы, опорных моментов и вертикальной нагрузки имеют одинаковые знаки, то прини­мают их сумму. Если знаки усилий разные и усилия от распора и мо­ментов меньше по абсолютному значению, то за расчетное берут усилие только от вертикальной нагрузки. Если же усилия имеют разные знаки, и усилия от распора и моментов больше усилий от вертикальной нагруз­ки, то стержень должен быть проверен и на алгебраическую сумму этих усилий.

При обеспечении достаточной жесткости узла сопряжения ферм и колонн, например при соединении на сварке, может быть учтено разгружающее влияние опорных моментов от постоянной и снеговой нагру­зок.

Для этого расчет фермы следует проводить раздельно для каждой нагрузки с учетом соответствующих рамных моментов и распора и со­ставлять расчетные комбинации, вызывающие наиболее неблагоприят­ные усилия.

Подбор сечения элементов ферм покрытия, расчет и конструирова­ние промежуточных узлов выполняются так же, как и для обычных сво­бодно опертых ферм (см. гл. 9).