Билет № 47. Стропильные фермы. Особенности конструирования и расчета.
Ферма представляет собой решетчатую конструкцию, состоящую из отдельных стержней. Места соединений стержней называют узлами. При расчете обычно узлы рассматривают как шарнирные.
Фермы применяют в различных сооружениях, в покрытиях производственных жилых и общественных зданий, ангаров, судостроительных эллингов, в мостах, подъемных кранах, радиосооружениях и др.
Нагрузка к ферме, как правило, прикладывается в узлах. Продольные элементы фермы, расположенные вдоль ее пролета, называют поясами, а стойки и раскосы, соединяющие пояса, — решеткой.
Расстояние между центрами тяжести сечения поясов называют высотой фермы, а расстояние между соседними узлами пояса — длиной панели. Размер панели фермы зависит от размеров плит кровли, а также от угла наклона раскосов к горизонтали, который обычно принимают в пределах от 35 до 40°.
При передаче нагрузки на фермы в узлах стержней ее возникают только сжимающие и растягивающие усилия, благодаря чему фермы по расходу металла экономичнее сплошных балок. Однако они более трудоемки в изготовлении.
Наиболее распространенные стропильные фермы - легкие однопролетные фермы балочного типа, применяемые в основном в покрытиях производственных и общественных зданий.
Схемы стропильных ферм. В зависимости от назначения здания и вида кровли применяют следующие основные схемы ферм: с параллельными поясами, трапецеидальные, треугольные и полигональные.
Очертания поясов трапецеидальных и полигональных ферм близки к кривой эпюры моментов, поэтому они при одинаковых нагрузках и пролетах будут иметь меньший собственный вес, чем фермы другого очертания.
Рис. Основные типы ферм: сегментные с верхним поясом ломаного очертания и прямолинейными участками между узлами (рис.а); арочные раскосные с редкой решеткой и верхним поясом плавного криволинейного очертания (рис.6); арочные безраскосные с жесткими узлами в примыкании стоек к поясам и верхним поясам криволинейного очертания (рис.в); полигональные с параллельными поясами или с малым уклоном верхнего пояса трапециевидного очертания (рис.г); полигональные с ломаным нижним поясом (рис.д).
Железобетонные фермы применяют при пролетах 18, 24 и 30 м и шаге 6 или 12 м. В железобетонных фермах в сравнении со стальными расход металла почти вдвое меньше, но трудоемкость и стоимость изготовления немного выше. При пролетах 36 м и больше, как правило, применяют стальные фермы. Однако технически возможны железобетонные фермы и при пролетах 60 м и более.
Высоту ферм всех типов в середине пролета обычно принимают равной 1/7... 1/9 пролета. Ширину сечения поясов ферм из условий удобства изготовления принимают одинаковой. При шаге ферм 6 м ее принимают 200...250 мм, а при шаге ферм 12 м — 300...350 мм. Фермы пролетом 18 м изготовляют цельными; пролетом 24 м — цельными или из двух полуферм; пролетом 30 м — из двух полуферм.
Панели верхнего пояса ферм, за исключением арочных раскосных, проектируют размером 3 м с тем, чтобы нагрузка от плиты покрытия передавалась в узлы ферм и не возникал местный изгиб. Нижний растянутый пояс ферм всех типов и растянутые раскосы ферм некоторых типов проектируют предварительно напряженными с натяжением арматуры, как правило, на упоры. Наиболее благоприятное очертание по условию статической работы имеют сегментные и арочные фермы, так как очертание их верхнего пояса приближается к кривой давления. Решетка этих ферм слабо работающая (испытывающая незначительные усилия), а высота на опорах сравнительно небольшая, что приводит к снижению массы фермы и уменьшению высоты наружных стен. Полигональные фермы с параллельными поясами или малым уклоном верхнего пояса имеют некоторое экономическое преимущество в том отношении, что при плоской кровле создается возможность широко применять средства механизации кровельных работ.
Для ферм всех типов уменьшение размеров сечений и снижение общей массы достигается применением бетонов высоких классов (В30...В50) и высоким процентом армирования сечений поясов. Фермы рационально изготовлять цельными. Членение их на полуфермы с последующей укрупнительной сборкой на монтаже повышает стоимость.
Расчет ферм выполняют на действие постоянных и временных нагрузок — вес покрытия и фермы, снеговые нагрузки, нагрузки от подвесного транспорта.